基于Hilbert-Huang变换的信号分析及应用

论文摘要

Hilbert-Huang变换是由N.E.Huang等人提出的新的信号处理方法,它可以有效分析信号在整个时域内的内在频率特性。该方法特别适用于处理非线性、非平稳信号,已经应用于地球物理学、振动工程、生物医学等领域,并取得了较好的结果,具有很高的理论研究价值和广阔的应用前景。本文研究了Hilbert-Huang变换的基本原理及瞬时频率和固有模态函数的含义,分析了经验模式分解的算法过程和其中的端点效应问题及现有的研究进展,并用仿真实例验证了该方法的有效性。同时将Hilbert-Huang变换方法应用于变压器局部放电产生超声波信号的提取中,有效地将超声波信号从采集到的包含各种干扰成份的数据中提取出来,为各路采集终端接收到超声波信号的时延估计和局部放电点的定位计算做出必要的铺垫。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的来源
• 1.2 信号时频分析概述
• 1.2.1 时间描述和频率描述
• 1.2.2 解析信号
• 1.2.3 平稳信号与非平稳信号
• 1.3 常规的非平稳信号处理方法简介
• 1.3.1 短时傅里叶变换
• 1.3.2 Winger-Ville 分布
• 1.3.3 小波分析
• 1.4 Hilbert-Huang 变换方法概述
• 1.5 本文主要工作
• 第二章 Hilbert-Huang变换方法的基本理论
• 2.1 概述
• 2.2 瞬时频率
• 2.3 固有模态函数的相关概念
• 2.3.1 特征尺度参数
• 2.3.2 固有模态函数
• 2.4 样条插值
• 2.4.1 样条函数定义
• 2.4.2 三次样条插值
• 2.4.3 三次样条插值的性质
• 2.5 小结
• 第三章 Hilbert-Huang变换方法的实现及仿真实例分析
• 3.1 经验模式分解
• 3.1.1 EMD 方法——“筛分”过程
• 3.1.2 固有模态函数判据的选择
• 3.1.3 EMD 方法中的端点效应问题
• 3.2 Hilbert 谱与 Hilbert 边际谱
• 3.3 Hilbert-Huang 变换方法的仿真实例分析
• 3.3.1 Hilbert-Huang 变换对简单叠加信号的处理
• 3.3.2 Hilbert-Huang 变换对调幅叠加信号的处理
• 3.4 EMD 方法的特点
• 3.5 小结
• 第四章 Hilbert-Huang变换在超声波信号提取中的应用
• 4.1 概述
• 4.2 变压器局部放电超声波信号的检测
• 4.2.1 监测频率的选取
• 4.2.2 超声波传感器的部署
• 4.2.3 抗干扰措施
• 4.3 对真实数据处理的仿真与分析
• 4.4 小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间研究成果