基于变分模态分解和希尔伯特变换的转子非平稳信号故障特征识别

为了提升传统希尔伯特黄变换在处理复杂非平稳信号时的时频分析能力,本文将变分模态分解和希尔伯特变换进行结合,提出了一种时频分析方法变分模态分解和希尔伯特变换。此外,为了对变分模态分解的模态数进行自动调整,还提出了一种基于相关系数的希尔伯特黄变换参数优化方法,有效避免了由于希尔伯特黄变换模态数设置不合理而导致的信号分解不足和分解过剩的问题。利用转子故障信号对变分模态分解和希尔伯特变换方法的时频分析能力进行了验证,并且与传统希尔伯特黄变换的对比突出了该方法在处理非平稳信号中的优势。

基于希尔伯特-黄变换的覆土层厚度动态探测

准确揭示动态沉降过程中土层厚度及其变化情况对合理确定覆土层厚度,科学评价复垦土体稳定性具有重要意义。通过野外试验,结合探地雷达数据,基于希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang transform, HHT)进行信号处理,根据希尔伯特谱确定覆土层所在的时域范围;提取由HHT获取的多个固有模态函数(Intrinsic mode function, IMF)的时间-瞬时频率信息,建立IMF2分量与相对介电常数的关系模型,进而获取覆土层厚度;将所建立的关系模型进一步应用于时间序列上的覆土层厚度的探测之中,实现覆土层厚度的动态探测。研究结果表明:覆土层下沉会引起层状介质之间的介电常数差异,进而导致分界面处的振幅变化;瞬时频率平均值与相对介电常数之间存在较高相关性,其利用多项式回归的建模决定系数R2达到0.887 0;综合考虑时域下的振幅与瞬时频率变化的联合时频分析可有效探测覆土层厚度,随覆土层厚度的增加和时间的推移探测精度整体略有下降,探测结果的平均相对误差为3.65%。

基于希尔伯特-黄变换的电阻传感器阵列

现有的频谱分析方法不能对电阻传感器阵列进行同步扫描,本文将改进经验模态分解的希尔伯特-黄变换(HHT)对电阻阵列响应信号进行频谱分析。首先,分析经验模态分解过程中存在的端点效应。针对经验模态分解过程中的端点效应问题,通过对三种端点延拓方法进行比较,得出适合处理电阻阵列响应信号的延拓方法。然后,利用改进算法对响应信号进行频谱分析,可得到各单元的电阻与时间、频率和幅度的关系,实现电阻阵列地测量。最后,通过仿真实验验证了改进HHT的有效性。结果表明,改进算法能够得到阵列中所有单元的准确时频分布,可促进交流测量方法在传感器测量领域中的应用。

基于希尔伯特-黄变换的微电网主动小干扰稳定性评估方法

微电网小干扰稳定性分析多采用基于系统线性化模型的特征值分析法,在系统模型及参数已知情况下可获得准确结果。然而,具有低惯性、弱阻尼特征的微电网在实际运行过程中系统拓扑及参数会动态变化。为此,文中提出一种主动小干扰微电网稳定性评估方法,该方法无须获取系统结构及准确参数,通过向系统注入电流脉冲,采集并提取电压动态响应曲线,采用希尔伯特-黄变换方法辨识响应曲线中振荡模态的参数,获得系统振荡模态的阻尼比以评估微电网小干扰稳定性。同时,为对比验证所提方法的正确性,在微电网结构和参数均已知情况下建立微电网的小信号模型,以求解的主导特征根与所提方法的辨识结果进行比较。最后,分别基于MATLAB/Simulink及StarSim硬件在环软件建立系统仿真和实验平台,仿真和实验结果验证了所提方法的正确性和有效性。

基于改进的希尔伯特-黄变换的地震强震动特征提取

2021年5月21日漾濞M s6.4地震是云南近10 a以来继M s6.5鲁甸地震和M s6.6景谷地震后发生的又一次破坏性浅源地震,其震中位于滇西北地区维西-乔后断裂带附近。震源机制结果显示:此次地震属于走滑型破裂,符合区域构造特征。为进一步研究该地震强震动特征,特引入改进后的希尔伯特-黄变换(HHT),以不同角度客观分析强震动的尺度和频域特征。研究结果表明:希尔伯特-黄变换在对实际地震动记录进行特征提取后,得到的边际谱和时频谱可在一定程度上保留原始数据的主要信息,该方法可为类似破坏性浅源地震的强震动特征分析提供更有效的信息参数,保证了信号分解的稳定性,更适于处理非平稳信号,可为现代信号应用分析于强震动特征提供另一种新思路。

基于希尔伯特-黄变换的地铁整体道床局部脱空识别

为探讨一种基于车轨实时振动的地铁整体道床局部脱空的快速检测方法,通过对脱空发生前后的车轨敏感振动信号进行希尔伯特-黄变换(HHT),从变换谱中提取信息帮助识别整体道床局部脱空长度及起点位置。研究结果表明:1)车体、转向架和道床的竖向加速度对地铁整体道床局部脱空最为敏感;2)对这3种竖向加速度进行HHT变换后发现,道床竖向加速度的HHT变换谱难以直接判断整体道床局部脱空,而车体竖向加速度和转向架竖向加速度的HHT变换谱在局部脱空区域具有显著变化,可根据HHT变换谱的能量值变化幅度定性判断整体道床的局部脱空长度;3)当列车行驶到脱空区域,车体竖向加速度和转向架竖向加速度的HHT频率谱线将出现显著波动,结合列车速度以及脱空情况下HHT变换谱频率曲线极小值所对应的时刻,可判断出整体道床局部脱空的起点位置。

基于希尔伯特—黄变换的过闸水流脉动压力时频特性分析

平面闸门通过启闭控制蓄水和泄水,在运作时容易受水流脉动压力作用而发生破坏。为研究闸门启闭运动与过闸水流的相互作用过程,首先对不同底缘形式下的闸门启闭过程中过闸水流进行三维数值模拟,再采用希尔伯特—黄变换对过闸水流脉动压力信号进行时频特性分析,得到信号的时间—频率—幅值信息,对比分析发现在前倾45°、后倾30°的组合式闸门底缘,在闸门底部受脉动压力作用较平缓,测点能量幅值的变化差值最小,水流流态较为稳定。该研究可为平面闸门过闸水流脉动压力分析提供参考。

航空发动机试飞中转静子碰摩故障信号处理的希尔伯特-黄变换(HHT)方法

时变信号处理的新方法希尔伯特-黄变换,是把一时间序列数据通过经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,简称EMD)成本征模函数组(Intrinsic Mode Function,简称IMF),然后经希尔伯特变换(Hilbert Transformation,简称HT)获得频谱的信号时频分析方法引入到航空发动机转静子碰摩故障振动信号处理领域。该方法的理论和算法为用MATLAB语言编写分析程序,再用仿真信号验证程序的正确性和有效性;然后对飞行试验中获得的故障振动信号进行分析。结果表明,用EMD和HT方法对航空发动机转静子碰摩故障振动信号进行时频分析是有效的。

基于改进希尔伯特-黄变换的电缆接地故障定位研究

为了精确定位电缆接地故障区域,利用基于集合经验模态分解的希尔伯特黄变换与行波测距相结合的方法来实现电缆接地故障定位。针对经验模态分解易出现模态混叠导致最终对信号进行时频分析时无法计算行波往返于测量点和异常点之间时间的问题,提出利用集合经验模态分解来替换经验模态分解,然后使用改进HHT对故障行波信号进行分析,从而对电缆故障发生点进行定位。案例分析结果表明所提方法的故障定位精度误差为0.17%,能精确定位电缆接地故障区域。

基于希尔伯特-黄变换的音频信号复制粘贴篡改检测算法

复制粘贴篡改是音频篡改常用的篡改方式。当被篡改的音频段来自于同一音频且伴随着后处理操作时,这种篡改往往难以检测。针对有后处理的音频信号复制粘贴篡改,文章提出了一种基于希尔伯特-黄变换的音频信号复制粘贴篡改检测和定位的方法。采用音高跟踪技术将音频信号的有声段和无声段区分开来,对每个有声段分别实行希尔伯特-黄变换以提取谱图特征,进而利用动态时间规整(DTW)来计算每个谱图特征的相似度,当满足设定阈值条件时,通过比较希尔伯特谱图特征的DTW值来检测音频复制粘贴篡改,同时根据DTW值对应有声段的索引来定位复制粘贴篡改的位置。实验结果表明:该方法对几种常用的音频复制粘贴后处理操作都具有较好的鲁棒性;与基于梅尔谱图的音频信号复制粘贴篡改检测方法相比,所提方法检测准确率高、召回率高、鲁棒性好。

基于希尔伯特黄变换的机车信号解调算法研究

随着我国铁路的高速发展,线路上的列车快速增加、路网环境愈发复杂,导致机车信号出现了解调质量下降、抗干扰能力不足的问题。为了保证列车的运行安全,提出了基于希尔伯特黄变换的机车信号解调算法。通过分析我国机车信号系统的构成,以及列车实际运营场景中受到的多种干扰源,利用希尔伯特黄变换算法处理非线性、非平稳信号的优势以及自适应性,对机车信号的解码过程进行分析,并针对机车信号的特点对算法进行了改进。通过计算机仿真,分别对理想状态下和加噪状态下的机车信号解调算法进行了分析,并与ZFFT和小波变换解调算法的性能进行了对比,结果表明,基于希尔伯特黄变换的机车信号解调算法性能更优,抗噪性能也更强,适用于我国当前机车信号系统的解调工作。

希尔伯特-黄变换(HHT)在复合电能质量扰动分析中的应用

为准确分辨出电能信号中的扰动成份,进行电能质量治理,笔者通过对暂降+谐波、暂升+谐波、脉冲+谐波、暂升+波动、暂降+波动、脉冲+波动等6种双重扰动信号进行EMD分解,希尔伯特-黄变换,然后着重对信号的前2阶IMF,第1阶IMF的瞬时频率,希尔伯特谱进行分析。结果显示,EMD分解能分解出复合的扰动信号成份,第一阶的IMF分量的瞬时频率及希尔伯特谱能对扰动发生时刻、谐波成份进行较准确的分析。

希尔伯特—黄变换(HHT)在EH-4数据去噪处理中的应用

工频噪声源于社会生产活动中产生的电磁噪声,常会造成视电阻率曲线病态或发散。为了提高数据处理与解释的精度,本文针对EH-4数据中常见的工频噪声,采用希尔伯特—黄变换进行去噪处理,通过对实际数据的时间序列处理分析可知,该方法利用数据自身的时间尺度特征自适应地分解信号,能够很好地去除工频噪声,为大地电磁信号的去噪提供了一条有效的路径。另外,本文还针对经验模态分解过程中产生严重的模态混叠及“端点效应”进行分析,运用聚合经验模态(EEMD)对仿真信号及实测数据的时间序列进行分解,有效地解决了模态混叠等问题。

希尔伯特–黄变换在变压器局部放电脉冲识别中的应用

时频分析方法是变压器局部放电特征提取的有效手段。讨论利用小波变换方法分析非平稳信号的局限性,介绍希尔伯特–黄变换(Hilbert-Huang transform,HHT)的理论体系,并分别应用2种时频分析方法得到不同类型局放信号的幅值谱,从中提取了时频熵向量作为用于模式识别的特征量,模糊聚类结果显示,由希尔伯特–黄变换得到的时频熵向量具有优于小波变换的聚类特性。因此,希尔伯特–黄变换是目前变压器局放信号特征提取的有效方法。

基于经验模态分解和希尔伯特-黄变换的精密孔镗削颤振特征提取

针对精密孔镗削加工过程中容易出现颤振现象,影响精密孔的表面质量问题,建立了镗削加工的监测系统,对镗削颤振信号进行特征提取,以实现对镗削颤振的快速预报。首先,根据颤振信号的时频特点,将经验模态分解(EMD)和希尔伯特-黄变换(HHT)引入颤振特征提取过程,并介绍了其基本原理及具体实现过程。然后,在线拾取镗杆的振动信号,并对振动信号进行EMD分解和HHT变换。最后,通过对各本征模态函数分量的Hilbert谱分析,提取出了颤振发生的征兆特征。实验结果表明,利用EMD和HHT对镗削振动信号进行特征提取,可以在颤振形成之前0.5s得到颤振爆发的征兆,为后续的颤振抑制工作赢取时间,进而确保精密孔的表面加工质量。

基于希尔伯特-黄变换的合成孔径雷达内波参数提取新方法

基于希尔伯特-黄变换,发展了合成孔径雷达内波参数提取的新方法,解决了传统的傅里叶变换不能提取非线性内波群各个孤立子波信息的问题。利用该方法对巴士海峡附近的一幅ERS-1 SAR内波图像进行了内波参数提取。希尔伯特-黄变换对内波剖面数据进行了尺度分解,根据归一化方差最大来提取内波分量。该方法具有自适应性。结果表明,该方法获取的内波平均波长与傅里叶变换和小波分析具有较好的一致性,提取得到的反映各个孤立子波信息的波形比小波分析的要清晰,提高了数据的质量。通过提取的内波信号,利用极值序列计算了剖面线前后段平均波长大小,消除了谱分析当中的180°模糊问题。计算了明暗点的间隔,反演得到各个孤立子波的半振幅宽度。利用CTD数据获得的跃层深度,反演前导波振幅,与验证算例结果在量级上一致。

希尔伯特黄变换中边际谱的研究

为了深入理解和正确掌握希尔伯特 黄变换(Hilbert HuangTransform,简称HHT)中的边际谱概念,证明了边际谱的线性性质,指出了文献中对边际谱概念的一种误解,提出了边际普与Fourier频谱之间本质区别的一种的新观点,即Fourier频谱的幅值只能反映频率在信号中实际存在的可能性大小,而边际谱的幅值则能真实反映频率在信号中是否存在。利用边际谱的线性性质进一步给出了边际谱的物理意义,即边际谱的幅值表示信号中某一频率在各个时刻的幅值之和。通过一个实测振动信号验证了边际谱在应用中的优越性。

应用希尔伯特黄变换的水下目标特征提取

针对传统时频分析方法的水下目标特征提取各有其局限,采用了希尔伯特黄变换方法用于水下目标特征提取.仿真与实验数据的处理结果表明,希尔伯特黄变换方法对于信号的时频特性具有较高的分辨能力,希尔伯特边际谱能够清晰的突出目标弹性成分;希尔伯特谱能有效地展现目标的亮点结构,时频分辨力高于小波变换.研究表明混响具有与目标信号明显不同的希尔伯特谱特征,希尔伯特谱可以有效抑制混响.结果表明希尔伯特黄变换方法是一种有效的水下目标特征提取方法.

基于希尔伯特-黄变换的电力系统低频振荡的非线性非平稳分析及其应用

研究了基于希尔伯特–黄变换法从广域测量系统的实测数据中提取电力系统时变振荡特性的一种实用方法。该方法能够分析非线性、非平稳信号的局域动态行为和特性,更好地反映振荡过程中所包含的多个模式随时间的变化规律以及模式间的相互影响,还可提高识别能力和处理效果。在贵州电网的初步实验结果证明了该方法的有效性。

基于希尔伯特-黄变换的电力系统谐波分析

准确的谐波分析对电力系统稳定具有重要意义。为克服FFT方法与小波分析方法的缺点,提出将希尔伯特?黄变换(Hilbert-Huang transform,HHT)用于谐波分析。将谐波信号进行经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD),得到一系列经验模态函数(intrinsic mode function,IMF)。由于不同的IMF对应不同的谐波分量,通过对每个IMF分量进行Hilbert变换(HT)及最小二乘拟和,最终可以得到各次谐波的幅值、频率和相位,从而实现电力系统谐波的准确分析。在经验模态分解过程中,采用了分段三次Hermite插值,并通过添加极值的方法减轻边缘效应的影响,使谐波分析能够更准确。仿真表明,Hermite插值比三次样条插值对谐波分析更具优势。该方法分析电力系统谐波精度高,能够取得满意的效果。