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专利号: 2017106104084
申请人: 中北大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于短时分数阶傅里叶变换的非线性信号时频分析方法,特征在于:所述的分析方法包括以下步骤:步骤1.设所分析的非线性信号具有多项式相位形式,这里考虑一般性,假设多项式相位具有正弦信号的形式,其表达式写为:步骤2.针对公式(1)进行数字化处理,可得公式(1)的离散形式为:令公式(2)中的m=nTs,n=1……N,N为信号总的采集点数,单位为个,则公式(2)变为:对公式(3)进行分段处理,分段后的信号表示为:

步骤3.对公式(4)中分段后信号s(mp)的每一段信号进行短时分数阶傅里叶变换(STFRFT)后,可表示为:公式(5)中Kp(u,τ)为核函数,表示为:

步骤4:针对多分量信号的分析,首先将在步骤3找到的最大信号进行记录,其次,去除该信号,接着重复步骤1到步骤3的顺序进行其它信号的分析,直到找到的最大值信号与旁边信号峰峰值之比小于四分之一,停止计算;

公式(9)中K-p(τ,u)是Kp(τ,u)逆变换核;

步骤5:对步骤4处理得到的不同分段信号频谱修正后进行合并,合并结果为:公式(10)表示将每段信号获得的时频频谱按时间顺序直接相加,s表示所有信号的合并结果,Fα[s(mp)]表示对信号s(mp)进行分数阶傅里叶变换,其中Fα表示分数阶傅里叶变换的数学符号, 表示对第1段信号到第P段信号的分数阶傅里叶变换结果进行求和运算。

2.根据权利要求1所述的基于短时分数阶傅里叶变换的非线性信号时频分析方法,特征在于:所述的分析方法中:a.所述的步骤2中分段信号s(mp)的采集点数Q和分段数P,需满足P×Q=N,N为信号总的采集点数,即, 这里 表示向下取整的数学运算,实际中为了加快分数阶傅里叶变换的计算速度,Q的长度需满足2的幂次方,一般取Q=[16,32,64,128,256,512,1024,

2048];

b.所述的步骤3中窗函数w为高斯函数,表达式为:

c.所述的步骤3中分段信号s(mp)的最佳分数阶阶次的选择方法为:(1):首先对第一段信号s(m1)的最佳分数阶旋转角度进行较大范围的搜索,搜索范围为[-π,π],搜索间隔为 然后利用找寻峰值最大的原则,获得对应的最佳分数阶旋转角度α′;

(2):考虑到信号的连续性,对第2段信号s(m2)进行阶次搜索范围的角度定为这里α′为第一段信号对应的最佳旋转角度,π的单位为弧度,对应的角度为180度。因此, 表示的角度范围为α′-10°度到α′+10°度,另外,由于 因此可得p的范围为: 然后利用找寻峰值最大的原则,获得对应的最佳分数阶旋转角度p″;

(3):依照上述(2)的方法,第3到第P段信号的阶次的搜索范围可表示为:然后利用找寻峰值最大的原则,在公式(8)的范围内依次循环搜索获得每段信号对应的最佳分数阶旋转角度p″′,p4,……pP;

d.所述的步骤4中多分量信号分析中:最大值信号处旁边信号的选取规则为:通常利用恒虚警方法进行选取,一般在间隔最大值点处5到10个采样点的位置选取参考点;

e.所述的步骤5中频谱修正原则为:假设调频率k0=tan(α0),α0为引起频谱偏移时,信号对应的分数阶旋转角度,如果对应信号的频谱偏移坐标原点m个采样点,相邻采样点的间隔为 fs为采样频率,则可得调频率为kp时频谱偏移原点的采样点数n为: 偏移间隔为 kp表示信号的调频率大小,s,m表示调频率为k0时,对应信号频谱偏移原点的采样点数,Δfp为频谱偏移原点的间隔,n表示调频率为kp时,对应信号频谱偏移原点的采样点数;

f.所述的频谱修正后,其表达式(10)变为:

3.根据权利要求2所述的基于短时分数阶傅里叶变换的非线性信号时频分析方法,特征在于:所述的分析方法中:所述的最大值信号周围参考点的选取范围为:即在间隔最大值点处5到10个采样点的位置开始选取参考点,时域取连续6点,频域取连续6点,这6点的选择顺序分别为最大值处左边取3点,最大值处右边3点,共6点。