[发明专利]一种太阳振荡信号的时频表征方法

说明书

本发明公开了一种太阳振荡信号的时频表征方法，属于天文技术和信号处理技术领域。本发明用均值和标准差来对振荡信号进行归一化，可以移除振荡信号中直流分量对信号功率谱表征的影响；同时结合ConceFT来对振荡信号的时频谱进行表征可以解决CWT在进行时频谱表征时所表征的频谱存在展宽、频率定位不准，和对噪声敏感的问题；再进一步地，继续利用全局功率谱和最小二乘法拟合来估计有ConceFT所得到的时频表征中噪声进行估计，从而提高了时频谱表征的精度，而根据据95％的噪声置信水平除以采样点的个数的方式来对时频表征中的每个时刻的功率谱进行去噪，可以更进一步提高对振荡信号进行时频表征时的准确性和精度。

技术领域

本发明涉及一种太阳振荡信号的时频表征方法，属于天文技术和信号处理技术领域。

背景技术

科科学家们从长期对太阳的观测研究中发现太阳上的结构特征，如黑子，冕环，耀斑，色球纤维，针状体存在准周期性的振荡。这些结构特征的振荡频率是研究太阳磁场结构、太阳能量传输过程、以及太阳大气的形成和演化重要线索。因此对太阳振荡信号进行准确的时频表征有着重要的物理和科学意义。

时频表征方法是将一维时域信号映射到二维时频平面，反映非平稳信号的时频特征。由于太阳大气里的波动现象从本质上来说都是非线性和非平稳的信号，所以目前所使用的经典时频表征方法主要是连续小波变换(CWT)。小波变换是运用不同尺度的小波函数来匹配原始信号的不同位置实现信号的局部化分析。然而，小波变换尽管提供时频空间的频谱分布，但所表征频谱受母小波的影响导致频谱展宽等，导致定位不准。同时由于连续小波变换对信号噪声的抑制能力有限而使得在对信号的频谱进行表征时的准确性受到进一步的影响。同时连续小波变换对信号的噪声很敏感。

发明内容

本发明提供了一种太阳振荡信号的时频表征方法，以用于对太阳振荡信号进行时频表征。

本发明的技术方案是：一种太阳振荡信号的时频表征方法，首先获取太阳振荡信号，对太阳振荡信号进行归一化处理；接着，利用ConceFT时频分析方法来对归一化后的振荡信号进行时频表征，得到振荡信号在时频域的时频表征；然后对振荡信号的时频域的时频表征在时间轴上进行积分得到全局功率谱，再利用最小二乘法对全局功率谱进行拟合，并通过卡方检验得出置信水平；根据置信水平设置阈值对振荡信号在时频域的时频表征的功率进行去噪，从而得到了最终振荡信号的时频表征。

所述方法具体步骤如下：

步骤1：振荡信号归一化：获取太阳振荡信号，并利用振荡信号的均值和标准差对该信号进行归一化；

步骤2：ConceFT变换：对归一化的振荡信号进行ConceFT变换，得到振荡信号在时频域的时频表征；

步骤3：噪声估计：对振荡信号的时频域的时频表征在时间轴上进行积分得到全局功率谱；利用最小二乘法获取对全局功率谱的最佳拟合曲线，对最佳拟合曲线进行卡方检验得出它的95％的置信水平；

步骤4：阈值去噪：将95％的置信水平除以采样点的个数，并将其作为每个时刻用来去噪的阈值，对振荡信号在时频域的时频表征的功率进行去噪，从而得到了最终太阳振荡的时频谱表征。

本发明的有益效果是：本发明用均值和标准差来对振荡信号进行归一化，可以移除振荡信号中直流分量对信号功率谱表征的影响；同时结合ConceFT来对振荡信号的时频谱进行表征可以解决CWT在进行时频谱表征时所表征的频谱存在展宽、频率定位不准，和对噪声敏感的问题；再进一步地，继续利用全局功率谱和最小二乘法拟合来估计有ConceFT所得到的时频表征中噪声进行估计，从而提高了时频谱表征的精度，而根据据95％的噪声置信水平除以采样点的个数的方式来对时频表征中的每个时刻的功率谱进行去噪，可以更进一步提高对振荡信号进行时频表征时的准确性和精度。

附图说明

图1是本发明基于ConceFT对太阳振荡信号进行时频表征方法的总流程图；