自适应性二进、共轭屏蔽网格之经验模态分解方法及其系统技术方案

本发明专利技术提供一种讯号处理方法，先利用经验模态分解法分解原始讯号，取得固有模态函数，后进行n阶共轭屏蔽函数的计算。接着，分别加入n阶共轭屏蔽函数于该原始讯号，产生调制讯号，再经由经验模态分解法分解，产生n阶调制模态函数。相加n阶调制模态函数，除以n阶共轭屏蔽函数个数，产生n阶模态函数，重复直至n阶模态函数为一单调函数，不同阶模态函数为原始讯号于不同频率区间之非稳态且非线性周期震荡讯号，由此，本发明专利技术综合现有模态分解方法的长处，但排除原始数据中，间歇性扰动造成的混模问题，能直接且快速地取得其原始讯号之解析数值。

Empirical mode decomposition method and its system for adaptive two input and conjugate shielding grids

The invention provides a signal processing method, which uses the empirical mode decomposition method to decompose the original signal, obtains the intrinsic mode function, and then carries out the calculation of the conjugate function of n order. Then, the n order conjugate shielding function is added to the original signal, and the modulation signal is generated. Then, the n order modulation mode function is decomposed by empirical mode decomposition (EMD). The sum of n order modulation mode function, divided by the number of order n n conjugate shielding function, modal function, repeat until the N modal function is a monotone function, different modes as a function of the original signal in different frequency range of non-stationary and nonlinear periodic oscillation signals, therefore, the decomposition method of the invention integrates the strengths of modal but, out of the original data, the problem caused by the intermittent disturbance mode mixing, can directly and quickly get the original signal numerical analysis.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术系有关一种自适应性二进、共轭屏蔽网格之经验模态分解的讯号处理方法及其系统，特别是一种低计算量、无噪音快速二进的分解非线性及非稳态数据，且降低演算时间的方法及系统。
技术介绍
经验模态分解法(EmpiricalModeDecomposition,EMD)是基于希尔伯特-黄转换(Hilbert-HuangTransformation,HHT)所实施之演算方法，近年来被广泛使用于非线性或非稳态的讯号处理，如地震分析、生医讯号计算等。经由经验模态分解，原始讯号可从高频率到低频率排序依序拆解成对应之函数，具有固有模态函数(IntrinsicModeFunction,IMF)的特性。然则，经验模态分解用于滤波时有一个主要缺点，那就是模态函数混合效应(modemixingeffect)。经验模态分解的过程中会有混模问题产生，系因为某些系统发生间断性讯号(intermittence)，使经验模态分解无法正确计算出同一尺度的讯号，因此，在同一个本质模态函数里会有不同尺度的模态混杂，或者是同一尺度的模态出现在不同的固有模态函数里。虽然在2009年黄锷博士等人特别提出以噪声辅助的总体经验模态分解法(EnsembleEmpiricalModeDecomposition,EEMD)，系加入白噪声(whitenoise)来解决混模问题，虽然可以解决混模问题，但是运算复杂度比传统经验模态分解法多了总体数量的倍数，难以运用在需要实时运算或是数据量大的讯号上，限制了经验模态分解法的使用。
技术实现思路
为了克服习知经验模态分解技术操作之缺点，本专利技术提供一种自适应性二进、共轭屏蔽网格之经验模态分解方法(ConjugateAdaptiveDyadicMaskingEmpiricalModeDecomposition,CADMEMD)及实施该方法之系统，综合现有模态分解方法的长处，但进一步排除原始数据中的间歇性扰动造成的混模问题，让使用者能直接且快速地取得其原始讯号之解析数值(固有模态函数)。该种讯号处理之方法，其步骤包含:取得一原始讯号。接着，利用经验模态分解法(EMD)分解该原始讯号，取得复数固有模态函数(IMF)。选取一第一固有模态函数，平均该第一固有模态函数中之复数瞬时频率与瞬时振幅，取得一平均频率(ωo)与一平均振幅(ao)，其中，该第一固有模态函数为该些固有模态函数对应之频率区间最大者。再者，分别加入复数一阶共轭屏蔽函数于该原始讯号中，产生复数一阶调制讯号，其中，该些一阶共轭屏蔽函数彼此具有固定之相位差，系选自由以下包含该平均频率(ωo)与该平均振幅(ao)的三角函数所组成之群组；+aosinωot,-aosinωot,+aocosωot和-aocosωot接下来，利用经验模态分解法(EMD)分解该些一阶调制讯号，取得复数一阶调制模态函数。进一步，相加该些第一阶调制模态函数，并除以一一阶共轭屏蔽函数个数，产生一一阶模态函数。再者，分别加入复数二阶共轭屏蔽函数于该原始讯号中，产生复数二阶调制讯号，其中，该些二阶共轭屏蔽函数彼此具有固定之相位差，亦选自由以下包含该平均频率(ωo)与该平均振幅(ao.)的三角函数所组成之群组；+(ao/2)sin(ωo/2)t,-(ao/2)sin(ωo/2)t,+(ao/2)cos(ωo/2)t和-(ao/2)cos(ωo/2)t接下来，利用经验模态分解法(EMD)分解该些二阶调制讯号，取得复数二阶调制模态函数。进一步，相加该些第二阶调制模态函数，并除以一二阶共轭屏蔽函数个数，产生一二阶模态函数。最后，重复执行上述步骤，分别加入复数n阶共轭屏蔽函数于该原始讯号中，产生一n阶模态函数，直至该n阶模态函数为一单调函数，其中，该些一阶共轭屏蔽函数彼此具有固定之相位差，系选自由以下包含该平均频率(ωo)与该平均振幅(ao.)的三角函数所组成之群组；+(ao/2n-1)sin(ωo/2n-1)t,-(ao/2n-1)sin(ωo/2n-1)t,+(ao/2n-1)cos(ωo/2n-1)t和-(ao/2n-1)cos(ωo/2n-1)t并汇整该一阶模态函数至该n阶模态函数，系为该原始讯号于不同频率区间之固有模态函数。该种讯号处理之系统，包含:一讯号接收模块、一计算单元、一处理单元以及一汇整单元。该讯号接收模块，取得一原始讯号。该计算单元，耦接该讯号接收模块，利用经验模态分解法(EMD)分解该原始讯号，取得复数固有模态函数(IMF)，并选取一第一固有模态函数，平均该第一固有模态函数之复数瞬时频率与复数瞬时振幅，取得一平均频率(ωo)与一平均振幅(ao)，其中，该第一固有模态函数为该些固有模态函数对应之频率区间最大者。该处理单元，耦接该计算单元，将复数一阶共轭屏蔽函数分别加入该原始讯号中，产生复数一阶调制讯号，其中，该些一阶共轭屏蔽函数彼此具有固定之相位差，系选自由以下包含该平均频率(ωo)与该平均振幅(ao.)的三角函数所组成之群组，+aosinωot,-aosinωot,+aocosωot和-aocosωot后利用经验模态分解法(EMD)分解该些一阶调制讯号，取得复数一阶调制模态函数，并相加该些一阶调制模态函数，除以一一阶共轭屏蔽函数个数，产生一一阶模态函数，再者，将复数二阶共轭屏蔽函数分别加入于该原始讯号中，产生复数二阶调制讯号，其中，该些二阶共轭屏蔽函数彼此具有固定之相位差，系选自由以下包含该平均频率(ωo)与该平均振幅(ao.)的三角函数所组成之群组；+(ao/2)sin(ωo/2)t,-(ao/2)sin(ωo/2)t,+(ao/2)cos(ωo/2)t和-(ao/2)cos(ωo/2)t后利用经验模态分解法(EMD)分解该些二阶调制讯号，取得复数二阶调制模态函数，相加该些二阶调制模态函数，并除以一二阶共轭屏蔽函数个数，产生一二阶模态函数，进一步，重复执行上述步骤，将复数n阶共轭屏蔽函数分别加入该原始讯号中，产生一n阶模态函数，直至该n阶模态函数为一单调函数，其中，该些一阶共轭屏蔽函数彼此具有固定之相位差，系选自由以下包含该平均频率(ωo)与该平均振幅(ao.)的三角函数所组成之群组。+(ao/2n-1)sin(ωo/2n-1)t,-(ao/2n-1)sin(ωo/2n-1)t,+(ao/2n-1)cos(ωo/2n-1)t和ao/2n-1)cos(ωo/2n-1)t该汇整单元，耦接该处理单元，汇整该一阶模态函数至该n阶模态函数，系为该原始讯号于不同频率区间之固有模态函数。本专利技术所揭露之自适应性二进、共轭屏蔽网格之经验模态分解方法及其系统为一种经验模态分解法(EMD)的改良，系辅以二进周期平均相位分布的正弦波计算出适切之屏蔽函数，又由于屏蔽函数具有正规且共轭性质，则原始讯号的解析不会因为屏蔽函数的加入，而衍生其他噪声，更能进行一非线性及非稳态讯号的直接处理，且快速降低经验模态分解法执行之演算时间，并同时提供各频率区间精确度的解析。由下文的说明，可更进一步了解本专利技术的特征及其优点，阅读时请参考第一图至第五图。附图说明图1系揭示本专利技术自适应性二进、共轭屏蔽网格之经验模态分解法(CADMEMD)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种讯号处理方法，其步骤包含:(A)取得一原始讯号；(B)利用经验模态分解法(EMD)分解该原始讯号，取得复数固有模态函数(IMF)；(C)选取一第一固有模态函数，平均该第一固有模态函数之复数瞬时频率与复数瞬时振幅，取得一平均频率(ωo)与一平均振幅(ao)，其中，该第一固有模态函数为该些固有模态函数对应之频率区间最大者；(D)分别加入复数一阶共轭屏蔽函数于该原始讯号中，产生复数一阶调制讯号，其中，该些一阶共轭屏蔽函数彼此具有固定之相位差，系选自由以下包含该平均频率(ωo)与该平均振幅(ao.)的三角函数所组成之群组；+aosinωot,‑aosinωot,+aocosωot和‑aocosωot(E)利用经验模态分解法分解该些一阶调制讯号，取得复数一阶调制模态函数；(F)相加该些一阶调制模态函数，并除以一一阶共轭屏蔽函数个数，产生一一阶模态函数；(G)分别加入复数二阶共轭屏蔽函数于该原始讯号中，产生复数二阶调制讯号，其中，该些二阶共轭屏蔽函数彼此具有固定之相位差，系选自由以下包含该平均频率(ωo)与该平均振幅(ao.)的三角函数所组成之群组；+(ao/2)sin(ωo/2)t,‑(ao/2)sin(ωo/2)t,+(ao/2)cos(ωo/2)t和‑(ao/2)cos(ωo/2)t(H)利用经验模态分解法分解该些二阶调制讯号，取得复数二阶调制模态函数；(I)相加该些二阶调制模态函数，并除以一二阶共轭屏蔽函数个数，产生一二阶模态函数；(J)重复执行步骤(H)至(I)，分别加入复数n阶共轭屏蔽函数于该原始讯号中，产生一n阶模态函数，直至该n阶模态函数为一单调函数，其中，该些一阶共轭屏蔽函数彼此具有固定之相位差，系选自由以下包含该平均频率(ωo)与该平均振幅(ao.)的三角函数所组成之群组，+(ao/2n‑1)sin(ωo/2n‑1)t,‑(ao/2n‑1)sin(ωo/2n‑1)t,+(ao/2n‑1)cos(ωo/2n‑1)t和‑(ao/2n‑1)cos(ωo/2n‑1)t；以及(H)汇整该一阶模态函数至该n阶模态函数，系为该原始讯号于不同频率区间之固有模态函数。...

【技术特征摘要】
1.一种讯号处理方法，其步骤包含:(A)取得一原始讯号；(B)利用经验模态分解法(EMD)分解该原始讯号，取得复数固有模态函数(IMF)；(C)选取一第一固有模态函数，平均该第一固有模态函数之复数瞬时频率与复数瞬时振幅，取得一平均频率(ωo)与一平均振幅(ao)，其中，该第一固有模态函数为该些固有模态函数对应之频率区间最大者；(D)分别加入复数一阶共轭屏蔽函数于该原始讯号中，产生复数一阶调制讯号，其中，该些一阶共轭屏蔽函数彼此具有固定之相位差，系选自由以下包含该平均频率(ωo)与该平均振幅(ao.)的三角函数所组成之群组；+aosinωot,-aosinωot,+aocosωot和-aocosωot(E)利用经验模态分解法分解该些一阶调制讯号，取得复数一阶调制模态函数；(F)相加该些一阶调制模态函数，并除以一一阶共轭屏蔽函数个数，产生一一阶模态函数；(G)分别加入复数二阶共轭屏蔽函数于该原始讯号中，产生复数二阶调制讯号，其中，该些二阶共轭屏蔽函数彼此具有固定之相位差，系选自由以下包含该平均频率(ωo)与该平均振幅(ao.)的三角函数所组成之群组；+(ao/2)sin(ωo/2)t,-(ao/2)sin(ωo/2)t,+(ao/2)cos(ωo/2)t和-(ao/2)cos(ωo/2)t(H)利用经验模态分解法分解该些二阶调制讯号，取得复数二阶调制模态函数；(I)相加该些二阶调制模态函数，并除以一二阶共轭屏蔽函数个数，产生一二阶模态函数；(J)重复执行步骤(H)至(I)，分别加入复数n阶共轭屏蔽函数于该原始讯号中，产生一n阶模态函数，直至该n阶模态函数为一单调函数，其中，该些一阶共轭屏蔽函数彼此具有固定之相位差，系选自由以下包含该平均频率(ωo)与该平均振幅(ao.)的三角函数所组成之群组，+(ao/2n-1)sin(ωo/2n-1)t,-(ao/2n-1)sin(ωo/2n-1)t,+(ao/2n-1)cos(ωo/2n-1)t和-(ao/2n-1)cos(ωo/2n-1)t；以及(H)汇整该一阶模态函数至该n阶模态函数，系为该原始讯号于不同频率区间之固有模态函数。2.如权利要求1所述之分析方法，其中，该些频率与该些振幅系由该第一固有模态函数中最高频率振荡之截面予决定。3.如权利要求1所述之分析方法，其中，该些共轭屏蔽函数之间相位差分别相隔为π/2。4.如权利要求1所述之分析方法，其中，该些共轭屏蔽函数之间相位差分别相隔为π/4。5.一种讯号处理系统，包含:一...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄锷，吴召华，叶家荣，
申请(专利权)人：中央大学，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71