希爾伯特-黃變換在水聲信號處理中的應(yīng)用研究.pdf

1、聲波是目前唯一能進行水下遠(yuǎn)程探測、通訊的信息載體，因而水聲技術(shù)在人類探索海洋、開發(fā)利用海洋、海洋軍事防衛(wèi)等方面扮演著舉足輕重的角色。
　　 水聲信號常常伴隨有非線性和非平穩(wěn)性，而黃鄂博士提出的Hilbert-Huang變換(Hilbert-Huang Transform，HHT)是一種針對非線性、非平穩(wěn)信號分析的有效手段，所以本文主要致力于HHT方法在水聲信號處理領(lǐng)域中的應(yīng)用的研究，內(nèi)容主要集中在以下三個方面：首先是探討HHT的

2、物理意義及其工程實現(xiàn)中的相關(guān)問題；其次是HHT在矢量信號處理中的應(yīng)用研究；再次是利用HHT方法進行了混凝土缺陷檢測識別的可行性研究，通過實測數(shù)據(jù)的分析，檢驗了該方法在水聲信號處理中的應(yīng)用效果。據(jù)此，本論文的所做工作如下：
　　 1.HHT技術(shù)的概念及其實現(xiàn)問題研究。針對HHT中所用到的重要概念做了詳細(xì)的闡述，其中包括瞬時頻率、單分量信號與多分量信號、時間尺度和本征模態(tài)函數(shù)(Intrinsic Mode Function，IMF)

3、的概念。詳細(xì)說明了經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(Empirical Mode Decomposition，EMD)方法和希爾伯特譜，對EMD實現(xiàn)過程中涉及的曲線擬合、邊界點預(yù)測、停止準(zhǔn)則等做了討論。
　　 2.EMD在水聲信號處理中的實用性研究。針對利用EMD進行信號分析可能遇到的幾個問題進行了討論，并利用仿真數(shù)據(jù)作了驗證。主要包括以下三個方面：
　　 (1)根據(jù)白噪聲在EMD下的統(tǒng)計特性——IMF的能量密度和其對應(yīng)的平均周期的乘積是一

4、個常數(shù)，提出了一種自適應(yīng)去噪算法。通過仿真驗證，該方法取得了很好的去噪效果，該方法的優(yōu)點是不存在參數(shù)選擇的問題。
　　 (2)利用EMD對雙音信號(兩個純音信號和)的分析，進行了對EMD頻率分辨力的研究，給出了EMD能夠正確分離雙音信號的條件。
　　 (3)針對EMD中可能出現(xiàn)的模態(tài)混疊現(xiàn)象，提出了一種新的處理辦法，即利用差分運算結(jié)合累計求和分離混疊模態(tài)；并進行了實際數(shù)據(jù)仿真分析，取得了比較好的結(jié)果。
　　 3.

5、討論了HHT在矢量水聽器信號處理中應(yīng)用的幾個問題。對復(fù)數(shù)EMD的三種實現(xiàn)方法——正負(fù)頻率法、差分向量法、投影法進行分析對比，說明三種算法在實現(xiàn)上的利弊。然后將其應(yīng)用于矢量水聽器多目標(biāo)方位估計，并且討論了不同合成矢量信號的方法對復(fù)數(shù)EMD的影響，得到了不同信號形式的適用條件。
　　 4.HHT算法應(yīng)用于混凝土模型缺陷目標(biāo)檢測與識別的可行性研究。結(jié)合壩體缺陷檢測課題，設(shè)計了一個實驗系統(tǒng)，對模擬的混凝土缺陷模型回波信號進行采集和存貯，