[发明专利]一种基于时频变换与动态模式分解的分类系统及方法

权利要求书

1.一种基于时频变换与动态模式分解的分类系统，其特征在于：包括预处理模块、时频分析模块、动态模式分解模块、能量特征提取模块、各阶矩求解模块以及分类模块；

所述预处理模块包括数据截断单元、去噪单元以及增强单元；时频分析模块包括求解时频分布单元、时频关系图输出单元以及Hough变换单元；

预处理模块与视频分析模块相连，视频分析模块与动态模式分解模块相连，动态模式分解模块与能量特征提取模块相连，能量特征提取模块与各阶矩求解模块相连，各阶矩求解模块与分类模块相连；预处理模块中的数据截断单元与去噪单元相连，去噪单元与增强单元相连；预处理模块将输入数据进行截断、去噪以及增强，输出预处理后信号；预处理后信号经时频分析模块输出H矩阵，动态模式分解模块将H矩阵进行动态模式分解得到多个特征值与动态模态；能量特征提取模块将不同模态之间能量值的差异按照从大到小的顺序提取前S个能量值与其对应的特征值与动态模态重新排列得到变换后的特征矩阵，各阶矩求解模块计算特征矩阵的各阶矩；分类模块按照各阶矩进行分类；

所述时频分析为Wigner-Hough变换，包括求解时频分布、输出时频关系图以及Hough变换，得到H矩阵，具体为：

S21、求有效信号的Wigner-Ville分布，即求有效信号瞬时相关函数的傅里叶变换，求解信号对应的时频关系，并画出相应的时频图；

S22、将上述时频图做Hough变换，得到反映信号W-H变换特征的H矩阵；

所述将H矩阵进行动态模式分解得到多个特征值与动态模态，具体包括如下子步骤：

S31、基于上述Hough变换后得到的矩阵H₁^N通过H₁^N-1=[H₁H₂…H_N-1]和H₂^N=[H₂…H_N-1 H_N]构造矩阵H₁^N-1和H₂^N，且H₁^N=[ H₁H₂…H_N-1 H_N]；

S32、根据矩阵H₁^N-1和H₂^N通过A=H₂^NH₁^N-1+构造关系矩阵A，H₁^N-1+表示时序矩阵H₁^N-1的广义逆矩阵；

S33、通过式H₁^N-1=UΣV^*对H₁^N-1进行奇异值分解；

其中，分解得到的U和V是酉矩阵，矩阵Σ是奇异值分解的正交阵，是对角矩阵，V^*是V的伴随矩阵；

S34、根据矩阵H₂^N和关系矩阵A通过B=U^*AU构造近似关系矩阵B；

其中，U^*是U的伴随矩阵；

S35、将上述近似关系矩阵B进行特征分解，得到特征值λ和特征向量ω以及由特征向量组成的矩阵Q；

S36、根据矩阵H₂^N、矩阵U、矩阵Σ以及矩阵Q通过φ=H₂^NUΣ⁺Q计算动态模式分解的模态φ；

其中，Σ⁺是矩阵Σ的广义逆矩阵；

由此就将矩阵H分解成多个特征值与动态模态。