1.一种稀疏双时空非凸罚自适应Chirp模态交叉混叠分解方法,其特征在于,包括以下步骤:获取待分解的快变混叠调频信号;
计算所述快变混叠调频信号时间序列的分数阶数,构建目标成本函数模型;
利用分裂布雷格曼迭代算法求解构建的目标成本函数模型,并依次解调得到快变混叠调频信号中的各个隐含固有模态分量和时频图;
所述快变混叠调频信号的模型表达式为: (1)
式(1)中, 为快变混叠调频信号, 为快变混叠调频信号中的第 个Chirp信号分量,K 为Chirp信号分量的个数; 为0均值高斯白噪声; 为瞬时幅值;
为频率函数; 为初始相位;
所述计算所述快变混叠调频信号时间序列的分数阶数,构建目标成本函数模型的步骤包括:根据频率调制原理,调整快变混叠调频信号表达为:(2)
式(2)中,第 个Chirp信号分量 的瞬时幅值 ,瞬时频率 ,初始相位为 , 为0均值高斯白噪声; 为 与的频率函数;
幅值 表示为:
;
幅值 表示为:
;
从信号观测分量中估计 ,构建所述目标成本函数模型表示为:(3)
式(3)中, 为从观测分量 去除估计分量 后的剩余能量,为权重系数,p为分数阶数, 与 为正则化参数;
双时间域矩阵包括矩阵Dt与矩阵Mt;
双空间域矩阵包括矩阵Ds与Ms;
矩阵Dt,Mt,Ds与Ms大小均为mn×mn,其中 m表示为通道数,n表示为每个通道的采样点数;
所述构建所述目标成本函数模型的具体步骤包括:利用Kronecker积方法构造双时间域矩阵Dt与Mt,空间域矩阵Ds与Ms,其中:;
;
;
;
其中,符号 为Kronecker积;
将式(3)构建的目标成本函数模型用约束矩阵形式可改写为: (4)
式(4)中,对角矩阵 ,Ω为二阶微分算子;
;
;
;
;
;
利用重标极差法计算快变混叠调频信号的分数阶p。
2.根据权利要求1所述的稀疏双时空非凸罚自适应Chirp模态交叉混叠分解方法,其特征在于,所述利用分裂布雷格曼迭代算法求解构建的目标成本函数模型,并依次解调得到快变混叠调频信号中的各个隐含固有模态分量和时频图的步骤包括;
利用分裂布雷格曼迭代算法求解构建的目标成本函数模型,解调得到快变混叠调频信号中所有隐含分量的瞬时频率,得到原始快变混叠调频信号的瞬时时频图。
3.根据权利要求1所述的稀疏双时空非凸罚自适应Chirp模态交叉混叠分解方法,其特征在于,所述利用重标极差法计算快变混叠调频信号的分数阶p的具体方法如下:快变混叠调频信号序列的Hurst指数值H可计算为:(5)
式(5)中,R(n) 为数据重整化范围,S(n)为标准差, ,H指数基于在对数图上绘制 与 的曲线得到,分数阶数p=H‑
0.5。
4.根据权利要求3所述的稀疏双时空非凸罚自适应Chirp模态交叉混叠分解方法,其特征在于,所述利用分裂布雷格曼迭代算法求解构建的目标成本函数模型,解调得到快变混叠调频信号中所有隐含分量的瞬时频率的步骤包括:利用分裂布雷格曼迭代算法求解目标成本函数模型,式(4)可改写为:(6)
式(6)中,参数μ1,μ2,μ3,μ4,μ5与μ6为拉格朗日乘子,b1, b2, b3, b4, b5与b6为布雷格曼变量;
其中,布雷格曼变量b1,b2,b3,b4,b5,b6的更新规则如下: (7)
将式(6)分解为以下7个子问题:(8a)
(8b)
(8c)
(8d)
(8e)
(8f)
(8g)
根据Lp‑norm最小优化问题 ,信号x可利用广义软阈值算法计算得到,
;
利用广义软阈值算法,子问题 (8a) 的计算过程如下:(9a)
(9b)
(9c)
其中,子问题 (8a) 的求解结果为:(9d)
同理,子问题 (8b), (8c), (8d), (8e), (8f) 与 (8g) 可利用广义软阈值算法得到: (10a)
(10b)
(10c)
(10d)
(10e)
(10f)
Chirp信号分量可解调为: ; (11)在解调得到第1个Chirp信号分量后,从快变混叠调频信号中去除第1个Chirp信号分量,可得到: (12)
式(12)中,R1(t) 为从快变混叠调频信号中去除第1个Chirp估计信号后的剩余分量;将剩余分量R1(t)看作新的快变混叠调频信号,重复上述步骤,依次得到,第2个Chirp估计分量,第3个Chirp估计分量,… ,第K个Chirp估计分量,直到余量信号RK (t) 满足预先设定阈值 ;
原始快变混叠调频信号 可表达为: (13)式(13)中, 为余量信号。
5.根据权利要求4所述的稀疏双时空非凸罚自适应Chirp模态交叉混叠分解方法,其特征在于,所述解调得到快变混叠调频信号中所有隐含分量的瞬时频率,得到原始快变混叠调频信号的瞬时时频图的步骤包括:各个Chirp估计分量的瞬时频率计算为: ;
各个Chirp估计分量的增量瞬时频率计算为: (14)
最终原始快变混叠调频信号的瞬时频率计算为: (15)
式(15)中, ,I为单位矩阵,Ω为二阶导数算子,为一常数。