快速滤波本征模态信号分解及其在海洋数据分析中的应用

论文摘要

海洋的浩瀚和多变使其信号的获取艰苦困难。因此,如何合理地分析海洋信号,从中尽可能多地提取有用的信息是海洋研究的关键问题之一。本文对傅立叶分析、短时傅立叶分析和小波分析方法作了简单回顾,并对Huang等(1998)新近提出的EMD(经验模态分解)分析方法作了较详细的评述之后,报告了我们提出的一种新方法。为检验其有效性,新方法被用于一些典型海洋信号的分析,分析结果也报告于文中。与Huang等(1998)提出的EMD方法相比较,新方法有如下的优点:1)利用新方法所得本征模态信号集是唯一的,且集中所含IMF(Intrinsic Mode Function)个数最少;2)用此方法分解信号所得本征模态信号是严格正交的;3)快速有效;由于以上优点,新方法不仅理论上较严格,而且实用上较胜任和方便。

论文目录

• 摘 要
• Abstract
• 引言
• 1 . 数字信号处理与分析方法回顾
• 1.1 傅立叶分析
• 1.2 短时傅立叶变换
• 1.3 小波变换
• 1.4 EMD/HSA 分析的方法
• 1.4.1 经验模态分解的sifting 方法
• 1.4.2 sifting 过程结束的标准
• 1.4.3 sifting 过程应注意的问题
• 1.4.4 目前关于EMD / HAS研究现状
• 2. 希尔伯特变换
• 2.1 连续时间信号的希尔伯特变换及解析信号
• 2.2 离散时间信号的希尔伯特变换及其离散“解析”信号
• 3. 快速滤波技术
• 3.1 连续时间信号的快速滤波技术
• 3.2 离散时间信号的快速滤波技术
• 4. 本征模态函数
• 4.1 本征模态函数
• 4.1.1 本征模态函数和瞬时频率概念的引入
• 4.1.2 快速滤波技术与本征模态信号
• 4.2 快速滤波本征模态信号分解
• 4.2.1 基本概念
• 4.2.2 用快速滤波分解信号为本征模态信号的过程
• 5. 希尔伯特谱
• 5.1 本征模态函数的希尔伯特谱
• 5.2 一般实信号的希尔伯特谱
• 5.3 离散时间信号的希尔伯特谱及其快速计算
• 6.F FDSI的有效性
• 6.1 单一周期正弦波
• 6.2 间歇信号
• 6.3 Stokes 波
• 6.4 频率、振幅突变的正弦波
• 6.5 FFDSI 的优良性
• 7. FFDSI 在海洋数据分析中的应用
• 7.1 利用FFDSI 分析实验室测得的风浪和风速信号
• 7.1.1 平稳风浪信号的本征模态分解及其希尔伯特谱
• 7.1.2 非平稳风速信号的本征模态分解及其希尔伯特谱
• 7.2 p-本征模态信号和p-本征模态信号集
• 7.2.1 风浪信号的99.9%-MBI 分解
• 7.2.2 风速信号的99.5%-MBI 分解
• 7.3 日长（LOD，ength of day ）变化数据分析
• 8. 图形部分
• 9. 结论
• 10. 附录
• 11. 致谢
• 参考文献