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第卷第期声学技术., .
年月廿..
.变换在水声瞬态信号处理中的应用

东南大学信息科学与工程学院,南京
—

,
,,,
引言—变换简介
是近年来发包括两个基本步骤:从被分析的信号中
展起来的一种新的时间序列信号分析方法,其核心提取出信号本身所包含的一组,这一过程被称
是经验模态分解, 作,是的核心;将每个与其
,能把复杂的信号分解为若干固有模态函数变换构成复解析函数,并由此导出瞬时幅值能量
,之和。是自和瞬时频率,从而给出被分析信号幅值的时间一频率
适应的,比较适用于非平稳信号的分析处理。分布函数,即幅值能量谱
水下环境中存在大量瞬态或短时窄脉冲的信。
号。这些信号持续时间短、变化速度快,利用常规方
法难以有效解决。本文首先建立了水声瞬态信号的
复指数模型,然后介绍了用以分析水声瞬态信号的
算法概念。通过对分解得到的各作
变换得到瞬时频率。进而得到原始瞬态信号要
的幅度谱,并利用仿真模型和实际数据进雪
行了验证。最后,结合水声瞬态信号的实际特性,对
改进方法进行了探讨。
水声瞬态信号的复指数模型/
图瞬态信号仿真波形
由于实际激励的物理机制,水声瞬态信号可以.
建模为衰减复指数函数之和:
. 分解算法
: 通过分解得到的每一个都需要满足

如下两个条件:在整个信号序列上的极值点个数和
其中,为采样间隔,为复指数的幅度,/为
过零点个数相等或至多相差一个;在任何一点,分
衰减因子是正弦曲线频率,初始相位,这些参数
别由局部极大值和局部极小值所构成的上、下包络
可适当选取。据以上模型得到的瞬态信号的仿真实
线的均值为零。
例采样频率,如图两个指数函数的叠
可由表所示的算法获得⋯:
加,频率分别为和:
. 谱
收稿日期:——:修回日期:—
得到了实信号的各固有模态函数后,
作者简介:穆玉涛,男,:水声瞬态信号处理。
通信作者:穆玉涛,:.. 对各分量作变换,从而得到原始实信
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第期穆玉涛等:变换在水声瞬态信号处理中的应用
号的解析信号。写成极坐标形式,有:

砌: ”础

瞬时频率为相位对时间的导数。由此可

以得到时频谱, 在时间一频率一幅值三维
谱上反映出瞬态信号的非线性和非平稳特
征信息。嘣
表分解算法
图叠加高斯白嵘芦后;态佰号分解

.
.初始化:,
.提取第个/:
.
初始化:: ￡,; 一⋯⋯¨¨⋯一一⋯一一一一一一⋯一⋯~一
计算局部极小值和极大值; 珀
用三次样条曲线连接局部极大值和极小值,构造堇二一,
的上下包络; 占———⋯:二
计算上下包络的均值。;
/
一;

判断停止准则是否满足。满足停止准则,则;
否则,转至。星
. ￡.; 詈
.若仍至少有两个极值点, ,转至;否则分解量
/
结束, 为余量。
图瞬态信号谱和谱
. Ⅷ
瞬态信号变换实例

. 仿真实例矗一
矗
利用复指数模型得到的瞬态信号,叠加高斯白———