基于快速獨立分量分析的Wigner-Ville分布交叉項消除的信號處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及信號處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Wigner-Ville分布交叉項消除的 信號處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] Wigner-Ville 分布（Wigner-Ville Distribution)是由學者 Ville 在 1948 年 提出的一種雙線性時頻分布，它能在時域和頻域中同時揭示信號能量的分布，由于具有較 好的時頻聚集性而在信號處理應用領(lǐng)域內(nèi)被廣為應用。但是工程領(lǐng)域中的許多信號都含 有復雜的頻率成分，對于這類多分量信號進行Wigner-Ville分析會產(chǎn)生交叉項，限制了 Wigner-Ville分析方法的進一步發(fā)展。針對這一問題，研究者提出了一些方法，發(fā)表的文 獻主要包括《電子學報》的《一種時頻分布核函數(shù)構(gòu)造方法》，《振動與沖擊》的《基于Gabor 展開的Wigner-Ville分布的交叉項消除》等，以及申請?zhí)枮镃N101739386A的專利《基于邏 輯運算消除魏格納分布交叉項的信號處理方法》。消除Wigner-Ville分布交叉項的方法可 以概括為兩類，一是核函數(shù)法，二是信號分解法。偽Wigner-Ville分析、平滑Wigner-Vilie 分析等都屬于前者，通過核函數(shù)的設(shè)計來抑制交叉項；后者則是將產(chǎn)生交叉項的多分量信 號分解為若干單分量信號之和，利用各單分量信號的Wigner-Ville分布來重構(gòu)多分量信 號的Wigner-Ville分布。與前者相比，第二類方法不需要重新設(shè)計核函數(shù)，方法簡單， 計算量小，可以很好地抑制交叉項。本發(fā)明屬于后者。目前，獨立分量分析方法在消除 Wigner-Ville分布交叉項方面的應用較少，吳軍彪等在文獻《基于時頻獨立分量分析的 Wigner-Ville分布交叉項消除法》中將獨立分量分析用于消除時變信號Wigner-Ville分 布的交叉項，文中采用極大似然估計方法實現(xiàn)對目標函數(shù)的優(yōu)化，該方法的收斂速度是線 性的，實時性差。本發(fā)明將基于最大負熵理論的快速獨立分量分析法用于消除交叉項，該方 法收斂速度是3次方，實時性更高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于快速獨立分量分析的Wigner-Ville分布交叉項 消除的信號處理方法，本發(fā)明將快速獨立分量分析方法用于對多分量信號進行解混，能有 效解混出各獨立分量信號，通過各獨立分量信號的Wigner-Ville分布來重構(gòu)多分量信號 的Wigner-Ville分布，能更好地實現(xiàn)交叉項的消除和有用信息的保留。
[0004] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的： 基于快速獨立分量分析的Wigner-Ville分布交叉項消除的信號處理方法，包括如下 步驟： 步驟1對多分量信號Jf進行預處理； 步驟1.1對多分量信號Z進行中心化處理，得到信號f = S(Z); 步驟1.2分解信號F的協(xié)方差矩陣Cy, = 計算其特征值 A = 為酉矩陣，UUr = J ;求取白化矩陣5，B = ?"^?7Γ ;將白化矩 陣S左乘信號F，完成信號F的白化處理，得到信號Z=BF ; 步驟2利用快速獨立分量分析方法對信號Z進行解混處理得到若干獨立分量信號 Ji⑷，J2 (?)，…，Jn (?),具體包括： 步驟2. 1根據(jù)實際情況估計獨立分量的個數(shù)w ,令迭代次數(shù)/? = 1 ; 步驟2. 2隨機選取一個初始向量％，令I(lǐng)l % Il= 1 ; 步驟2· 3計算wp = S{%(w?Z)；}- (W^Z)WiJ ,函數(shù)g(.)是非二次型函數(shù)σ(.)的 一階導數(shù)，g'(·)是σ〇的二階導數(shù)；
【主權(quán)項】
1.基于快速獨立分量分析的Wigner-Ville分布交叉項消除的信號處理方法，其特征 在于，所述方法包括以下步驟： 步驟1對多分量信號if進行預處理； 步驟1. 1對多分量信號I進行中心化處理，得到信號F = ; 步驟1. 2分解信號17的協(xié)方差矩陣Cy , Cy = [ ,計算其特征值 A = d7ag(4，...，為為酉矩陣，u"[/r = j ;求取白化矩陣，5 = /i-吟尸；將白化矩 陣B左乘信號r，完成信號F的白化處理，得到信號Z = 5F ; 步驟2利用快速獨立分量分析方法對信號Z進行解混處理得到若干獨立分量信號
，具體包括： 步驟2. 1根據(jù)實際情況估計獨立分量的個數(shù)"，令迭代次數(shù)= 1 ; 步驟2. 2隨機選取一個初始向量、，令I(lǐng)|wj=l ; 步驟2. 3計算wp = ,函數(shù)g〇是非二次型函數(shù)G0的 一階導數(shù)，g'G是〇(0的二階導數(shù)；
步驟2. 4對進行正交化處理 ^ /-I 步驟2. 5對、進行歸一化處理：
步驟2.6若％不收斂，返回步驟2. 3; 步驟2.7令多=戶+1，如果尹<#1，返回步驟2.2; 步驟2. 8重復步驟2. 3-2. 7依次得到歸一正交化的向量％ (;=152,...，ft),獲得解 混矩陣,=[W1SW2，…，WJ ,由此可得s(f) = JTZ , %(￡) , 士的，…，&約即為解混后得到 的獨立分量信號； 步驟3對各獨立分量信號咕），&的，...，&(纟）分別進行Wigner-Ville分析，得到 對應的時頻分布$仏/) 冗(￡,/)，然后在此基礎(chǔ)上對其進行線性疊加重構(gòu)多分 量信號JT不含交叉項的總體Winger-Ville分布r(r,j〇。
【專利摘要】基于快速獨立分量分析的Wigner-Ville分布交叉項消除方法，涉及信號處理技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明將快速獨立分量分析方法用于對多分量信號進行解混，能有效解混出各獨立分量信號，通過各獨立分量信號的Wigner-Ville分布來重構(gòu)多分量信號的Wigner-Ville分布。本發(fā)明為Wigner-Ville分布交叉項的消除提供了一種途徑，該方法基于信號分解的思想，不需要重新設(shè)計核函數(shù)，易于實現(xiàn)，運算量小，同時通過計算有效的不動點來實現(xiàn)對目標函數(shù)的優(yōu)化，收斂速度更快，實時性更高，同時保持了良好的時頻聚集性。能更好地實現(xiàn)交叉項的消除和有用信息的保留。
【IPC分類】H04L25-03
【公開號】CN104618279
【申請?zhí)枴緾N201510030659
【發(fā)明人】齊曉軒, 郭婷婷, 韓曉微
【申請人】沈陽大學
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月22日