基于快速獨(dú)立分量分析的Wigner-Ville分布交叉項(xiàng)消除的信號(hào)處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Wigner-Ville分布交叉項(xiàng)消除的 信號(hào)處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] Wigner-Ville 分布（Wigner-Ville Distribution)是由學(xué)者 Ville 在 1948 年 提出的一種雙線性時(shí)頻分布，它能在時(shí)域和頻域中同時(shí)揭示信號(hào)能量的分布，由于具有較 好的時(shí)頻聚集性而在信號(hào)處理應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)被廣為應(yīng)用。但是工程領(lǐng)域中的許多信號(hào)都含 有復(fù)雜的頻率成分，對(duì)于這類多分量信號(hào)進(jìn)行Wigner-Ville分析會(huì)產(chǎn)生交叉項(xiàng)，限制了 Wigner-Ville分析方法的進(jìn)一步發(fā)展。針對(duì)這一問(wèn)題，研究者提出了一些方法，發(fā)表的文 獻(xiàn)主要包括《電子學(xué)報(bào)》的《一種時(shí)頻分布核函數(shù)構(gòu)造方法》，《振動(dòng)與沖擊》的《基于Gabor 展開(kāi)的Wigner-Ville分布的交叉項(xiàng)消除》等，以及申請(qǐng)?zhí)枮镃N101739386A的專利《基于邏 輯運(yùn)算消除魏格納分布交叉項(xiàng)的信號(hào)處理方法》。消除Wigner-Ville分布交叉項(xiàng)的方法可 以概括為兩類，一是核函數(shù)法，二是信號(hào)分解法。偽Wigner-Ville分析、平滑Wigner-Vilie 分析等都屬于前者，通過(guò)核函數(shù)的設(shè)計(jì)來(lái)抑制交叉項(xiàng)；后者則是將產(chǎn)生交叉項(xiàng)的多分量信 號(hào)分解為若干單分量信號(hào)之和，利用各單分量信號(hào)的Wigner-Ville分布來(lái)重構(gòu)多分量信 號(hào)的Wigner-Ville分布。與前者相比，第二類方法不需要重新設(shè)計(jì)核函數(shù)，方法簡(jiǎn)單， 計(jì)算量小，可以很好地抑制交叉項(xiàng)。本發(fā)明屬于后者。目前，獨(dú)立分量分析方法在消除 Wigner-Ville分布交叉項(xiàng)方面的應(yīng)用較少，吳軍彪等在文獻(xiàn)《基于時(shí)頻獨(dú)立分量分析的 Wigner-Ville分布交叉項(xiàng)消除法》中將獨(dú)立分量分析用于消除時(shí)變信號(hào)Wigner-Ville分 布的交叉項(xiàng)，文中采用極大似然估計(jì)方法實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化，該方法的收斂速度是線 性的，實(shí)時(shí)性差。本發(fā)明將基于最大負(fù)熵理論的快速獨(dú)立分量分析法用于消除交叉項(xiàng)，該方 法收斂速度是3次方，實(shí)時(shí)性更高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于快速獨(dú)立分量分析的Wigner-Ville分布交叉項(xiàng) 消除的信號(hào)處理方法，本發(fā)明將快速獨(dú)立分量分析方法用于對(duì)多分量信號(hào)進(jìn)行解混，能有 效解混出各獨(dú)立分量信號(hào)，通過(guò)各獨(dú)立分量信號(hào)的Wigner-Ville分布來(lái)重構(gòu)多分量信號(hào) 的Wigner-Ville分布，能更好地實(shí)現(xiàn)交叉項(xiàng)的消除和有用信息的保留。
[0004] 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的： 基于快速獨(dú)立分量分析的Wigner-Ville分布交叉項(xiàng)消除的信號(hào)處理方法，包括如下 步驟： 步驟1對(duì)多分量信號(hào)Jf進(jìn)行預(yù)處理； 步驟1.1對(duì)多分量信號(hào)Z進(jìn)行中心化處理，得到信號(hào)f = S(Z); 步驟1.2分解信號(hào)F的協(xié)方差矩陣Cy, = 計(jì)算其特征值 A = 為酉矩陣，UUr = J ;求取白化矩陣5，B = ?"^?7Γ ;將白化矩 陣S左乘信號(hào)F，完成信號(hào)F的白化處理，得到信號(hào)Z=BF ; 步驟2利用快速獨(dú)立分量分析方法對(duì)信號(hào)Z進(jìn)行解混處理得到若干獨(dú)立分量信號(hào) Ji⑷，J2 (?)，…，Jn (?),具體包括： 步驟2. 1根據(jù)實(shí)際情況估計(jì)獨(dú)立分量的個(gè)數(shù)w ,令迭代次數(shù)/? = 1 ; 步驟2. 2隨機(jī)選取一個(gè)初始向量％，令I(lǐng)l % Il= 1 ; 步驟2· 3計(jì)算wp = S{%(w?Z)；}- (W^Z)WiJ ,函數(shù)g(.)是非二次型函數(shù)σ(.)的 一階導(dǎo)數(shù)，g'(·)是σ〇的二階導(dǎo)數(shù)；
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于快速獨(dú)立分量分析的Wigner-Ville分布交叉項(xiàng)消除的信號(hào)處理方法，其特征 在于，所述方法包括以下步驟： 步驟1對(duì)多分量信號(hào)if進(jìn)行預(yù)處理； 步驟1. 1對(duì)多分量信號(hào)I進(jìn)行中心化處理，得到信號(hào)F = ; 步驟1. 2分解信號(hào)17的協(xié)方差矩陣Cy , Cy = [ ,計(jì)算其特征值 A = d7ag(4，...，為為酉矩陣，u"[/r = j ;求取白化矩陣，5 = /i-吟尸；將白化矩 陣B左乘信號(hào)r，完成信號(hào)F的白化處理，得到信號(hào)Z = 5F ; 步驟2利用快速獨(dú)立分量分析方法對(duì)信號(hào)Z進(jìn)行解混處理得到若干獨(dú)立分量信號(hào)
，具體包括： 步驟2. 1根據(jù)實(shí)際情況估計(jì)獨(dú)立分量的個(gè)數(shù)"，令迭代次數(shù)= 1 ; 步驟2. 2隨機(jī)選取一個(gè)初始向量、，令I(lǐng)|wj=l ; 步驟2. 3計(jì)算wp = ,函數(shù)g〇是非二次型函數(shù)G0的 一階導(dǎo)數(shù)，g'G是〇(0的二階導(dǎo)數(shù)；
步驟2. 4對(duì)進(jìn)行正交化處理 ^ /-I 步驟2. 5對(duì)、進(jìn)行歸一化處理：
步驟2.6若％不收斂，返回步驟2. 3; 步驟2.7令多=戶+1，如果尹<#1，返回步驟2.2; 步驟2. 8重復(fù)步驟2. 3-2. 7依次得到歸一正交化的向量％ (;=152,...，ft),獲得解 混矩陣,=[W1SW2，…，WJ ,由此可得s(f) = JTZ , %(￡) , 士的，…，&約即為解混后得到 的獨(dú)立分量信號(hào)； 步驟3對(duì)各獨(dú)立分量信號(hào)咕），&的，...，&(纟）分別進(jìn)行Wigner-Ville分析，得到 對(duì)應(yīng)的時(shí)頻分布$仏/) 冗(￡,/)，然后在此基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行線性疊加重構(gòu)多分 量信號(hào)JT不含交叉項(xiàng)的總體Winger-Ville分布r(r,j〇。
【專利摘要】基于快速獨(dú)立分量分析的Wigner-Ville分布交叉項(xiàng)消除方法，涉及信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明將快速獨(dú)立分量分析方法用于對(duì)多分量信號(hào)進(jìn)行解混，能有效解混出各獨(dú)立分量信號(hào)，通過(guò)各獨(dú)立分量信號(hào)的Wigner-Ville分布來(lái)重構(gòu)多分量信號(hào)的Wigner-Ville分布。本發(fā)明為Wigner-Ville分布交叉項(xiàng)的消除提供了一種途徑，該方法基于信號(hào)分解的思想，不需要重新設(shè)計(jì)核函數(shù)，易于實(shí)現(xiàn)，運(yùn)算量小，同時(shí)通過(guò)計(jì)算有效的不動(dòng)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化，收斂速度更快，實(shí)時(shí)性更高，同時(shí)保持了良好的時(shí)頻聚集性。能更好地實(shí)現(xiàn)交叉項(xiàng)的消除和有用信息的保留。
【IPC分類】H04L25-03
【公開(kāi)號(hào)】CN104618279
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510030659
【發(fā)明人】齊曉軒, 郭婷婷, 韓曉微
【申請(qǐng)人】沈陽(yáng)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2015年1月22日