[发明专利]基于快速独立分量分析的Wigner-Ville分布交叉项消除的信号处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，具体涉及一种Wigner-Ville分布交叉项消除的信号处理方法。

背景技术

Wigner-Ville分布(Wigner-Ville Distribution)是由学者Ville在1948年提出的一种双线性时频分布，它能在时域和频域中同时揭示信号能量的分布，由于具有较好的时频聚集性而在信号处理应用领域内被广为应用。但是工程领域中的许多信号都含有复杂的频率成分，对于这类多分量信号进行Wigner-Ville分析会产生交叉项，限制了Wigner-Ville分析方法的进一步发展。针对这一问题，研究者提出了一些方法，发表的文献主要包括《电子学报》的《一种时频分布核函数构造方法》，《振动与冲击》的《基于Gabor展开的Wigner-Ville分布的交叉项消除》等，以及申请号为CN101739386A的专利《基于逻辑运算消除魏格纳分布交叉项的信号处理方法》。消除Wigner-Ville分布交叉项的方法可以概括为两类，一是核函数法，二是信号分解法。伪Wigner-Ville分析、平滑Wigner-Ville分析等都属于前者，通过核函数的设计来抑制交叉项；后者则是将产生交叉项的多分量信号分解为若干单分量信号之和，利用各单分量信号的Wigner-Ville分布来重构多分量信号的Wigner-Ville分布。与前者相比，第二类方法不需要重新设计核函数,方法简单,计算量小,可以很好地抑制交叉项。本发明属于后者。目前，独立分量分析方法在消除Wigner-Ville分布交叉项方面的应用较少，吴军彪等在文献《基于时频独立分量分析的Wigner-Ville分布交叉项消除法》中将独立分量分析用于消除时变信号Wigner-Ville分布的交叉项，文中采用极大似然估计方法实现对目标函数的优化，该方法的收敛速度是线性的，实时性差。本发明将基于最大负熵理论的快速独立分量分析法用于消除交叉项，该方法收敛速度是3次方，实时性更高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于快速独立分量分析的Wigner-Ville分布交叉项消除的信号处理方法，本发明将快速独立分量分析方法用于对多分量信号进行解混，能有效解混出各独立分量信号，通过各独立分量信号的Wigner-Ville分布来重构多分量信号的Wigner-Ville分布，能更好地实现交叉项的消除和有用信息的保留。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

基于快速独立分量分析的Wigner-Ville分布交叉项消除的信号处理方法，包括如下步骤：

步骤1 对多分量信号                                               进行预处理；

步骤1.1 对多分量信号进行中心化处理，得到信号 ；

步骤1.2 分解信号的协方差矩阵，，计算其特征值，为酉矩阵,；求取白化矩阵,；将白化矩阵左乘信号,完成信号的白化处理，得到信号；

步骤2 利用快速独立分量分析方法对信号进行解混处理得到若干独立分量信号，，…，，具体包括：

步骤2.1  根据实际情况估计独立分量的个数，令迭代次数；

步骤2.2  随机选取一个初始向量，令；

步骤2.3 计算，函数是非二次型函数的一阶导数，是的二阶导数；

步骤2.4 对进行正交化处理：；

步骤2.5 对进行归一化处理： ；

步骤2.6 若不收敛，返回步骤2.3；

步骤2.7 令，如果，返回步骤2.2；

步骤2.8 重复步骤2.3-2.7依次得到归一正交化的向量，获得解混矩阵，由此可得，，，…，即为解混后得到的独立分量信号；

步骤3 对各独立分量信号，，…，分别进行Wigner-Ville分析，得到对应的时频分布，，…，，然后在此基础上对其进行线性叠加重构多分量信号不含交叉项的总体Winger-Ville分布。

本发明的优点与效果是：

    本发明将快速独立分量分析方法用于对多分量信号进行解混，能有效解混出各独立分量信号，通过各独立分量信号的Wigner-Ville分布来重构多分量信号的Wigner-Ville分布。本发明为Wigner-Ville分布交叉项的消除提供了一种途径，该方法基于信号分解的思想，不需要重新设计核函数，易于实现，运算量小，同时通过计算有效的不动点来实现对目标函数的优化，收敛速度更快，实时性更高，同时保持了良好的时频聚集性。

附图说明