【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于非平穩信號的時頻特征檢測，具體地說是一種非平穩信號的時頻分析方法。
技術介紹
1、非平穩信號是一種分布參數或者分布規律隨時間不斷變化的信號，生活中的語音、沖擊振動等等大部分都屬于這類信號。
2、非平穩信號頻率特性會隨時間變化，為了分析時變的頻率特性，在信號檢測過程中通常采用時域分析，時頻分析方法包括短時傅里葉變換、小波變換、希爾伯特變換、希爾伯特黃變換。
3、然而，上述方法在時域和頻域分辨精度上存在局限：短時傅里葉變換和小波變換在時域上應用窗函數進行頻率分析，無法同時兼顧時域和頻域的高分辨精度；希爾伯特變換只能分析單一信號的時頻特性，而希爾伯特變換雖然能分析混合信號，但其基礎理論尚不完善，分析結果可能出現錯誤。
4、為此，本領域技術人員提出了一種非平穩信號的時頻分析方法來解決
技術介紹
提出的問題。
技術實現思路
1、為了解決上述技術問題，本專利技術提供一種非平穩信號的時頻分析方法，以解決現有技術中方法在時域和頻域分辨精度上存在局限：短時傅里葉變換和小波變換在時域上應用窗函數進行頻率分析，無法同時兼顧時域和頻域的高分辨精度；希爾伯特變換只能分析單一信號的時頻特性，而希爾伯特黃變換雖然能分析混合信號，但其基礎理論尚不完善，分析結果可能出現錯誤等問題。
2、為實現上述目的，本專利技術采用一種非平穩信號的時頻分析方法，工作原理為有阻尼受迫振動在驅動信號中含有本函數共振頻率或是接近的頻率成分時會吸收能量而使本身能量變高，當驅動信號中
3、s1、設計有阻尼受迫振動函數組，根據待分析的非平穩信號所需檢測的頻率范圍和頻率分辨精度，確定函數組中函數的數量和每個函數的共振頻率；
4、s2、將所述有阻尼受迫振動函數組轉換為差分方程進行數值計算，以描述有阻尼受迫振動函數的狀態；
5、s3、根據有阻尼受迫振動函數組中每個函數各時刻的狀態值，分析計算非平穩信號中等于各振動函數的共振頻率的頻率分量的幅度和相位。
6、優選的，所述步驟s1具體的描述如下：設計有阻尼受迫振動函數組：針對非平穩信號，根據需要檢測的頻率范圍和所需的頻率分辨精度確定振動函數組中函數的數量和每個振動函數的共振頻率。
7、優選的，在步驟s1中，設計有阻尼受迫振動函數組時，還包括確定每個函數的阻尼系數和阻尼函數，以實現所需的品質因數，具體的操作：確定函數組中包含的有阻尼振動函數數量：當頻率分辨精度固定時，函數組中函數數量＝頻率分析范圍/頻率分辨精度；或者根據需求確定函數組中函數數量以對應需要分析的非平穩信號中的頻率分量數量。
8、優選的，確定阻尼系數和阻尼函數：函數無阻尼固有頻率、阻尼系數和阻尼函數決定了有阻尼振動函數的品質因數，品質因數越高進行時頻分析時，振動函數抗“拍”的性能越強，頻率分辨精度增強，但啟動時間會變長，時間分辨精度降低可能會漏掉短暫出現的頻率分量；所以要根據所分析信號的實際需求設定各函數的阻尼系數和阻尼函數。
9、優選的，所述步驟s2具體的描述如下：將有阻尼受迫振動函數轉換為差分方程進行數值計算；非平穩信號序列ft，可以根據非平穩信號的采樣頻率設定差分運算的時間間隔δt，也可以根據需要分析的信號頻率分量設定時間間隔δt；對函數組中每個函數設定位移xk和速度vk兩個變量描述有阻尼受迫函數的狀態，k為有阻尼受迫振動函數中函數的序號，mk是第k個振動函數的質量參數，ωk是第k個振動函數的無阻尼固有頻率ω，每個函數對應一個檢測頻率；有阻尼受迫振動函數轉換的差分方程從0狀態開始，驅動的非平穩信號序列從0時刻開始計算。
10、優選的，所述步驟s3具體的描述如下：根據有阻尼受迫振動函數組中每個函數各時刻狀態值分析計算非平穩信號中等于k個振動函數的共振頻率ωc的頻率分量的幅度和相位；頻率分量估計：根據有阻尼受迫振動函數組中各函數的能量估計信號中各頻率分量的頻幅值，進而分析信號中的頻率分量；同時還可以根據各函數的品質因數進行插值進而在不增加函數數目的情況下增加頻率分辨精度。
11、本專利技術提出的一種針對非平穩信號的時頻分析方法，針對當前時頻分析方法短時傅里葉變換和小波變換不能同時兼顧時域和頻域分辨精度，希爾伯特變換和希爾伯特黃變換無法精準分析非平穩信號頻率成分的缺陷，本專利技術目的是使時頻分析方法在時域和頻域同時具有高精度的分辨率屬性，精確獲得非平穩信號每個時刻包含的頻率分類及其幅度值和相位參數。
12、一種非平穩信號的時頻分析系統，適用于上述一種非平穩信號的時頻分析方法，包括：
13、設計模塊，用于設計有阻尼受迫振動函數組，根據待分析的非平穩信號所需檢測的頻率范圍和頻率分辨精度，確定函數組中函數的數量和每個函數的共振頻率，以及確定每個函數的阻尼系數和阻尼函數，以實現所需的品質因數；
14、數值計算模塊，用于將所述有阻尼受迫振動函數組轉換為差分方程進行數值計算，以描述有阻尼受迫振動函數的狀態，其中，非平穩信號序列的差分運算時間間隔根據非平穩信號的采樣頻率或需要分析的信號頻率分量設定；
15、分析計算模塊，用于根據有阻尼受迫振動函數組中每個函數各時刻的狀態值，分析計算非平穩信號中等于各振動函數的共振頻率的頻率分量的幅度和相位。
16、優選的，所述設計模塊進一步用于：根據函數無阻尼固有頻率、阻尼系數和阻尼函數確定有阻尼振動函數的品質因數；根據頻率分辨精度和頻率分析范圍確定函數組中函數的數量；設定有阻尼受迫振動函數組中每個振動函數的共振頻率為待分析信號需要檢測的頻率分量。
17、優選的，所述數值計算模塊進一步用于：對函數組中每個函數設定位移和速度兩個變量描述有阻尼受迫函數的狀態；從0狀態開始，驅動的非平穩信號序列從0時刻開始計算，通過計算加速度、更新速度和更新位移的步驟進行數值計算。
18、優選的，所述分析計算模塊進一步用于：根據有阻尼受迫振動函數組中各函數的能量估計信號中各頻率分量的幅頻值，進而分析信號中的頻率分量；根據各函數的品質因數進行插值，進而在不增加函數數目的情況下增加頻率分辨精度。
19、優選的，還包括：顯示模塊，用于顯示分析計算模塊得到的非平穩信號中各頻率分量的幅度和相位信息。
20、優選的，還包括：存儲模塊，用于存儲設計模塊設計的本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種非平穩信號的時頻分析方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.如權利要求1所述一種非平穩信號的時頻分析方法，其特征在于：所述步驟S1具體的描述如下：設計有阻尼受迫振動函數組：針對非平穩信號，根據需要檢測的頻率范圍和所需的頻率分辨精度確定振動函數組中函數的數量和每個振動函數的共振頻率。
3.如權利要求1所述一種非平穩信號的時頻分析方法，其特征在于：在步驟S1中，設計有阻尼受迫振動函數組時，還包括確定每個函數的阻尼系數和阻尼函數，以實現所需的品質因數，具體的操作：確定函數組中包含的有阻尼振動函數數量：當頻率分辨精度固定時，函數組中函數數量＝頻率分析范圍/頻率分辨精度；或者根據需求確定函數組中函數數量以對應需要分析的非平穩信號中的頻率分量數量。
4.如權利要求1所述一種非平穩信號的時頻分析方法，其特征在于：所述步驟S2具體的描述如下：將有阻尼受迫振動函數轉換為差分方程進行數值計算；非平穩信號序列Ft，可以根據非平穩信號的采樣頻率設定差分運算的時間間隔ΔT，也可以根據需要分析的信號頻率分量設定時間間隔ΔT；對函數組中每個函數設定位移xk和速度vk兩
5.如權利要求1所述一種非平穩信號的時頻分析方法，其特征在于：所述步驟S3具體的描述如下：根據有阻尼受迫振動函數組中每個函數各時刻狀態值分析計算非平穩信號中等于K個振動函數的共振頻率ωC的頻率分量的幅度和相位；頻率分量估計：根據有阻尼受迫振動函數組中各函數的能量估計信號中各頻率分量的幅頻值，進而分析信號中的頻率分量；同時還可以根據各函數的品質因數進行插值進而在不增加函數數目的情況下增加頻率分辨精度。
6.一種非平穩信號的時頻分析系統，其特征在于：適用于如權利要求1-5任一所述一種非平穩信號的時頻分析方法，包括：
7.一種處理器，其特征在于，被配置成執行根據權利要求1至5中任一項所述的非平穩信號的時頻分析方法。
8.一種機器可讀存儲介質，該機器可讀存儲介質上存儲有指令，其特征在于，該指令在被處理器執行時使得所述處理器被配置成執行根據權利要求1至5中任一項所述的非平穩信號的時頻分析方法。
...【技術特征摘要】
1.一種非平穩信號的時頻分析方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.如權利要求1所述一種非平穩信號的時頻分析方法，其特征在于：所述步驟s1具體的描述如下：設計有阻尼受迫振動函數組：針對非平穩信號，根據需要檢測的頻率范圍和所需的頻率分辨精度確定振動函數組中函數的數量和每個振動函數的共振頻率。
3.如權利要求1所述一種非平穩信號的時頻分析方法，其特征在于：在步驟s1中，設計有阻尼受迫振動函數組時，還包括確定每個函數的阻尼系數和阻尼函數，以實現所需的品質因數，具體的操作：確定函數組中包含的有阻尼振動函數數量：當頻率分辨精度固定時，函數組中函數數量＝頻率分析范圍/頻率分辨精度；或者根據需求確定函數組中函數數量以對應需要分析的非平穩信號中的頻率分量數量。
4.如權利要求1所述一種非平穩信號的時頻分析方法，其特征在于：所述步驟s2具體的描述如下：將有阻尼受迫振動函數轉換為差分方程進行數值計算；非平穩信號序列ft，可以根據非平穩信號的采樣頻率設定差分運算的時間間隔δt，也可以根據需要分析的信號頻率分量設定時間間隔δt；對函數組中每個函數設定位移xk和速度vk兩個變量描述有阻尼受迫函數的狀態，k為有阻尼受迫振動...
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