[发明专利]多成分信号的时频谱获取方法及装置

说明书

本发明提供了一种多成分信号的时频谱获取方法及装置。该方法包括：将多成分信号分离为多个子带信号；计算所述子带信号的Wigner‑Ville分布；计算各所述子带信号的Wigner‑Ville分布的和，得到所述多成分信号的时频谱。本发明能够去除多成分信号的Wigner‑Ville时频谱分布中的交叉项干扰。

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种多成分信号的时频谱获取方法及装置。

背景技术

时频谱是分析和处理非平稳信号的有力工具，它将信号表示为时间和频率的联合函数，能够清楚描述信号频率随时间变化的分布关系。时频分析思想肇始于二十世纪四十年代，1946年提出的Gabor变换(Gabor D.Theory of communication[J].J.IEE,1946,93:429-457)奠定了在时间和频率联合域内分析信号的理论基础。1947年Potter等提出了简单而实用的短时傅里叶变换(STFT)。然而，由于不确定原理的限制，STFT不能兼顾频率和时间分辨率的需求。

1932年物理学家Wigner在量子力学中提出了著名的Wigner分布(Wigner E P.Onthe Quantum Correction for Thermodynamic Equilibrium[J].Physical Review,1931,40(40):749-759)，1948年，J.Ville将Wigner分布引入到信号处理领域，从而发展成为后来最具有代表性的一种时频分析方法，即Wigner-Ville分布(Wigner-Ville Distribution,WVD)。Wigner-Ville分布是一种二次型时频表示方法，它能够满足大部分所希望的数学性质，如实值性、对称性、能量守恒、时频边缘特性、时频移位特性等，是描述信号时频分布的有力工具(Claasen T A C M.The Wigner distribution-A tool for time-frequencysignal analysis[J].Philips J Res,1980,35(4-5):276-300)。虽然Wigner-Ville分布的时频聚集度较高，但是Wigner-Ville分布不能保证非负性，而且对于多分量，会产生严重的交叉干扰，使其谱分布难以解释，严重限制了它的广泛应用。

WVD的性质表明，交叉项是实的，混杂于自项成分之间，且其幅度是自项成分的两倍。许多学者围绕如何克服交叉项干扰的弱点，进行了大量研究，设计出理想的核函数来消除交叉项的影响，如伪Wigner-Ville分布、平滑伪Wigner-Ville分布、Choi-William分布(CWD)、锥形核分布(CKD)等，这些分布统称为Cohen类时频分布(邹红星,戴琼海,李衍达,等.不含交叉项干扰且具有WVD聚集度的时频分布之不存在性[J].中国科学:,2001,31(4):348-354)。对于多分量信号，邹红星等证明，既能消除交叉项的干扰，又能保持时频聚集度最优的双线性方法是不存在的(Cohen L.Time-frequency distributions-a review[J].Proceedings of the IEEE,1989,77(7):941-981)。由此可见，Cohen类时频分布虽然能减弱交叉项的干扰，但同时必定降低Wigner-Ville分布的时频聚集度。1976年Kodera K提出时频重排的方法，通过对信号进行重排以提高时频聚集度(Kodera K,Villedary C D,Gendrin R.A new method for the numerical analysis of non-stationary signals[J].Physics of the EarthPlanetary Interiors,1976,12(2):142-150)。这种方法虽然能够提供更高的时频聚集度，但是并没有完全消除交叉项，同时存在重排振荡。