一種積分延拓抑制局域均值分解端點效應的方法技術

本發明專利技術公開了一種積分延拓抑制局域均值分解端點效應的方法，步驟是：1)接收原始信號數據并進行預處理；2)獲得原始信號中所有的極值點值和左、右延拓時相似波形的起、終點值；3)構建信號左延拓的特征波形；4)利用步驟2)起點值構建左延拓的相似波形；5)計算左延拓特征波形和相似波形的積分值；6)獲取左延拓的匹配波形；7)對信號進行左延拓；8)按照步驟3)至7)的方法對信號進行右延拓；9)對延拓后的信號進行局域均值分解得到最終分析結果。本發明專利技術基于信號內部的特定規律進行信號延拓，延拓后的波形更能保持原有的趨勢，獲得了良好的抑制局域均值分解端點效應的效果；同時避免缺乏對信號整體的認識和復雜信號的不適應性。

【技術實現步驟摘要】
一種積分延拓抑制局域均值分解端點效應的方法
本專利技術涉及一種抑制局域均值分解端點效應的方法，具體是一種積分延拓抑制局域均值分解端點效應的方法，屬于信號處理

技術介紹
局域均值分解(LMD)是由斯密斯(Smith)提出的一種新的非線性和非平穩信號分析方法，能將復雜的信號自適應地分解成若干個具有物理意義的單分量信號，由此得到的時頻分布能夠清晰準確地反映出信號能量在空間各尺度上的分布。但是與經驗模式分解(EMD)方法一樣，局域均值分解也存在著端點效應缺陷，使得分解得到的信號兩端出現失真、擺動，甚至失去了信號原有的趨勢。針對局域均值分解端點效應的問題，現已存在很多抑制的方法，常用的主要有鏡像延拓法、自適應波形匹配法、B樣條插值和有理樣條插值。這些方法雖然都能在一定程度上抑制了局域均值分解端點效應，但是同樣也存在著各自的缺陷，具體如下：1.鏡像延拓法，通過直接鏡像信號兩端極值點來實現信號延拓，沒有考慮到信號內部的規律和信號的整體變化趨勢，在分析內部規律較復雜或信號極值點變化較大的非平穩信號時不能得到較好的結果；2.自適應波形匹配法：從原始信號內部找出最符合信號趨勢的波形對信號進行延拓，最大限度地維護信號的內在趨勢，但在對信號進行延拓時，只考慮了信號極值點信息，沒有考慮信號內部非極值點信息，缺乏對信號的整體認識；3.B樣條插值和有理樣條插值法：在對信號極值點進行插值計算獲取包絡線時，由于信號兩端點既可能是極值點也有可能不是極值點，由此獲得的包絡線必定會產生誤差，進而影響局域均值分解結果。因此，在對局域均值分解端點效應進行抑制時，一方面要從信號整體認識出發，認識信號的所有的點信息；另一方面在對其進行延拓方法研究時，該方法一定要保證延拓后的信號能保持信號原有的自然趨勢，且對任何復雜信號都有較強的適應性。
技術實現思路
針對上述現有技術存在的問題，本專利技術提供一種積分延拓抑制局域均值分解端點效應的方法，該方法立足于信號內部的特定規律進行信號的延拓，能夠保持延拓后信號的自然趨勢，可以抑制局域均值分解的端點效應。為了實現上述目的，本專利技術一種積分延拓抑制局域均值分解端點效應的方法，包括如下步驟：1)接收原始信號數據，并對其進行預處理，獲取原始數據的長度及幅值信息；2)根據原始信號數據獲取原始信號中所有的極值點值和左、右延拓時相似波形的起、終點值；3)以原始信號的左端點和其后的兩個極值點構建信號左延拓的特征波形；4)利用步驟2)中每個相似波形的起點和其后的兩個極值點構建左延拓的相似波形，構建出所有的左延拓相似波形；5)對步驟3)、4)所得的左延拓特征波形和相似波形分別進行積分處理，得到特征波形和每個相似波形的積分值；6)將步驟5)中得到的所有相似波形的積分值分別與特征波形的積分值進行比較分析，以與特征波形最接近的相似波形作為左延拓的匹配波形，7)將匹配波形前面的波形延拓到信號的最左端，實現對原始信號的左延拓；8)按照步驟3)至7)的方法對信號進行右延拓；9)對左、右延拓后的信號進行局域均值分解得到積分延拓的局域均值分解圖，獲得最終分析結果。優選地，所述步驟2)中所有的極值點值是指對信號數據進行求導運算獲取的原始信號中所有極值點的信息；所述步驟2)中左、右延拓時相似波形的起、終點值是指對信號進行相似比方法分析計算分別獲得的左、右延拓相似波形的起、終點值，取其中一種情況分析，當信號進行左延拓且該信號的第一個極值點為極大值點時，其相似波形的起點值運算方法如下：式中，分別為第i個極小值點和極大值點對應的時間，為相似波形起點值所對應的時間；其余情況可采用類似方法進行分析，分別計算出所有相似波形的起、終點值。優選地，所述步驟5)中的積分處理是指對特征波形或各個相似波形在時間軸上進行積分計算，得出其積分值。優選地，所述步驟6)中的比較分析及匹配波形是指將每個相似波形的積分值與特征波形的積分值進行求差運算，并取其差的絕對值，其中差的絕對值最小的所對應的相似波形即為匹配波形。優選地，所述步驟8)中按照步驟3)至7)的方法對信號進行右延拓是指：在對信號進行右延拓時，首先以原始信號右端點和其前兩個極值點構成右延拓特征波形，然后以步驟2)得到的每個相似波形的終點和其前兩個極值點構成右延拓的相似波形，構建出所有的右延拓相似波形，同時分別計算出右延拓的特征波形和相似波形的積分值，將所有相似波形的積分值分別與特征波形的積分值進行比較分析，以與特征波形最接近的相似波形作為左延拓的匹配波形，最后將匹配波形后面的信號延拓到信號的最右端，完成對原始信號的右延拓。與現有技術相比，本專利技術在分析已有抑制端點效應方法的缺陷基礎上，從信號本身的規律著手，分析信號內在規律和信號點信息，并利用信號內部規律，提出積分延拓方法，該方法首先建立特征波形，然后在信號內部尋找與特征波形一致的匹配波形，這樣使得延拓后的信號更能保持信號的原有自然趨勢，且考慮了信號內部所有點的信息，信號的兩端都較好的保持了原有信號的自然趨勢，沒有出現擺動和失真，而且比鏡像延拓法抑制局域均值分解端點效應的效果要好的很多，獲得了良好的抑制局域均值分解端點效應的效果，同時避免缺乏對信號整體的認識和復雜信號的不適應性。附圖說明圖1為本專利技術的流程示意圖；圖2為本專利技術實施例的原理圖；圖3為圖2中實施例的仿真信號的局域均值分解的分解結果圖；圖4為圖2中實施例的仿真信號通過鏡像延拓后再進行局域均值分解的分解結果圖；圖5為圖2中實施例的仿真信號通過積分延拓后再進行局域均值分解的分解結果圖。具體實施方式下面結合附圖和具體實施例對本專利技術作進一步說明。實施例：如圖1所示，本實施例一種積分延拓抑制局域均值分解端點效應的方法包括如下步驟：1)接收某原始信號數據并進行預處理，獲得該原始信號數據長度及幅值信息；本實施例中，以仿真信號作為原始信號為例，對該仿真信號進行預處理，得到初始序列X0(i)，i＝1,2,3...1200，此處為1×1200序列。2)對步驟1)所得的初始序列進行求導運算，得到原始信號中所有極值點的信息；同時對所得到的初始序列進行相似比分析計算，分別得到左、右延拓的相似波形的起、終點值；現取其中一種情況進行詳細分析，假設該仿真分析信號的第一個極值點為極大值點，現對其進行左延拓，其相似比運算如下：式中，分別為第i個極小值點和極大值點對應的時間，為相似波形起點值所對應的時間；其余信號類型分析方法類似，分別計算出信號中所有相似波形的起、終點值。3)構建該信號左延拓時的特征波形，以分析信號左端點和其后兩個極值點的波形構建左延拓時的特征波形。4)利用步驟2)得到的所有左延拓相似波形的起點構建不同的左延拓相似波形，具體是指以得到的每個起點值和其后兩個極值點的波形構建一個左延拓相似波形，構建出所有的左延拓相似波形。5)對步驟3)、4)所得的左延拓特征波形和相似波形進行積分處理；所述的積分處理可以是分別對特征波形和各個相似波形在時間軸上進行積分計算，得出特征波形的積分值和每個相似波形的積分值。6)獲取左延拓匹配波形：匹配波形的獲得主要可通過求差運算得到，即將步驟5)所得到的每個相似波形的積分值與特征波形的積分值進行求差運算，并取其差的絕對值，其中差的絕對值最小的對應的相似波形即為左延拓的匹配波形。7)對信號進行左延拓：左延本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種積分延拓抑制局域均值分解端點效應的方法，其特征在于，包括如下步驟：1)接收原始信號數據，并對其進行預處理，獲取原始數據的長度等信息；2)根據原始信號數據獲取原始信號中所有的極值點值和左、右延拓時相似波形的起、終點值；3)以原始信號的左端點和其后的兩個極值點構建信號左延拓的特征波形；4)利用步驟2)中每個相似波形的起點和其后的兩個極值點構建左延拓的相似波形，構建出所有的左延拓相似波形；5)對步驟3)、4)所得的左延拓特征波形和相似波形分別進行積分處理，得到特征波形和每個相似波形的積分值；6)將步驟5)中得到的所有相似波形的積分值分別與特征波形的積分值進行比較分析，以與特征波形最接近的相似波形作為左延拓的匹配波形，7)將匹配波形前面的波形延拓到信號的最左端，實現對原始信號的左延拓；8)按照步驟3)至7)的方法對信號進行右延拓；9)對左、右延拓后的信號進行局域均值分解得到積分延拓的局域均值分解圖，獲得最終分析結果。

【技術特征摘要】
1.一種積分延拓抑制局域均值分解端點效應的方法，其特征在于，包括如下步驟：1)接收原始信號數據，并對其進行預處理，獲取原始數據的長度及幅值信息；2)根據原始信號數據獲取原始信號中所有的極值點值和左、右延拓時相似波形的起、終點值；3)以原始信號的左端點和其后的兩個極值點構建信號左延拓的特征波形；4)利用步驟2)中每個相似波形的起點和其后的兩個極值點構建左延拓的相似波形，構建出所有的左延拓相似波形；5)對步驟3)、4)所得的左延拓特征波形和相似波形分別進行積分處理，得到特征波形和每個相似波形的積分值；6)將步驟5)中得到的所有相似波形的積分值分別與特征波形的積分值進行比較分析，以與特征波形最接近的相似波形作為左延拓的匹配波形，7)將匹配波形前面的波形延拓到信號的最左端，實現對原始信號的左延拓；8)按照步驟3)至7)的方法對信號進行右延拓；9)對左、右延拓后的信號進行局域均值分解得到積分延拓的局域均值分解圖，獲得最終分析結果。2.根據權利要求1所述的一種積分延拓抑制局域均值分解端點效應的方法，其特征在于，所述步驟2)中所有的極值點值是指對信號數據進行求導運算獲取的原始信號中所有極值點的信息；所述步驟2)中左、右延拓時相似波形的起、終點值是指對信號進行相似比方法分析計算分別獲得的左、右延拓相似波形的起、終點值，取其中一種情況分析，當信號進行左延拓且該信號的第一個極值點為極大值點時，其相似波形的起點值...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉文藝，姜久亮，韓繼光，陸向寧，
申請(專利權)人：江蘇師范大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32