希爾伯特黃變換在矢量信號處理中的應(yīng)用研究.pdf

1、希爾伯特—黃變換(HHT)是上世紀(jì)末Huang等人首次提出的一種新的信號分析理論.它通過EMD分解將信號分解成有限數(shù)目的IMF信號并對每個(gè)IMF進(jìn)行Hilbert變換就可以獲得有意義的瞬時(shí)頻率，從而給出頻率變化的精確表達(dá)。HHT自適應(yīng)地利用了信號的局部信息，獲得信號某一時(shí)刻的瞬時(shí)狀態(tài)。 矢量傳感器由聲壓傳感器與直接或間接測量振速的傳感器以不同方式同心復(fù)合而成，是可以空間共點(diǎn)、同步測量水下聲場的標(biāo)量(聲壓)和矢量(聲壓梯度、質(zhì)點(diǎn)振

2、速、加速度、位移等)的聲接收換能器。與傳統(tǒng)的聲壓傳感器相比，矢量傳感陣可測得更全面的聲場信息，更多的信息必然帶來更大的處理空間，也必將給水聲信號處理和聲吶技術(shù)的發(fā)展帶來新的活力。 本文在回顧希爾伯特—黃變換和矢量信號處理的研究概況基礎(chǔ)上，建立了將二者結(jié)合在一起的矢量希爾伯特—黃變換理論。利用希爾伯特—黃變換獲取信號的瞬時(shí)信息的特點(diǎn)，結(jié)合矢量信號處理的特點(diǎn)提出了瞬時(shí)方位的概念，在此基礎(chǔ)上發(fā)展了矢量希爾伯特—黃變換的理論框架，基本概

3、念和基本方法。其中包括固有模態(tài)(IMF)概念、經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(EMD)分解法、希爾伯特譜、邊際譜、希爾伯特方位譜和希爾伯特方位邊際譜等內(nèi)容。詳細(xì)的討論了矢量希爾伯特—黃變換方法的各種性質(zhì)，其中包括矢量希爾伯特—黃變換的多維表示、指向性與電子旋轉(zhuǎn)、增益分析、頻率分辨率及方位分辨率分析等內(nèi)容。結(jié)合水聲信號處理的特點(diǎn)，特別是矢量信號處理的特點(diǎn)討論了矢量希爾伯特—黃變換計(jì)算過程中遇到的若干問題：曲線擬合、邊界處理、終止條件、瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)方位的計(jì)

4、算、以及模態(tài)混疊和模態(tài)對齊等問題，針對水聲信號的特點(diǎn)提出了解決或改進(jìn)的方法。 本文將矢量希爾伯特—黃變換的理論運(yùn)用到以下兩個(gè)方面：瞬態(tài)信號的檢測和方位估計(jì)以及多目標(biāo)分辨和方位估計(jì)。用三種方法處理了大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別是：互譜法測向、平均聲強(qiáng)器測向和矢量希爾伯特—黃變換。跟據(jù)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的結(jié)果得出以下結(jié)論： 1.將矢量希爾伯特—黃變換的方法應(yīng)用于瞬態(tài)信號處理中，如高速物體的入水擊水聲，發(fā)動機(jī)點(diǎn)火聲等都是“瞬態(tài)信號”。通過實(shí)驗(yàn)

5、數(shù)據(jù)處理證明矢量希爾伯特—黃變換信號處理對瞬態(tài)信號測量具有獨(dú)特的優(yōu)勢，它較常規(guī)方法有更高的方位分辨率和頻率分辨力，以及更低的檢測域。 2.將矢量希爾伯特—黃變換的方法應(yīng)用于但矢量傳感器多目標(biāo)分辨及方位估計(jì)中，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理矢量希爾伯特—黃變換的方法取得了較傳統(tǒng)矢量信號處理方法更好的效果，改進(jìn)了矢量希爾伯特—黃變換的方法并提出了今后的工作方向。 以上試驗(yàn)結(jié)果與理論、仿真結(jié)果基本相符，支持和鼓舞了該項(xiàng)新技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，并且