基于相干小波变换的信号相位差估计

精确地估计两列信号间的传输延迟在工程上有着重要的意义。傅里叶变换方法很难区分或识别信号的瞬时变化,而小波变换方法是一种时间窗和频率窗都可改变的时频局部化的分析方法,在非平稳信号的分析方面具有明显的优势。给出应用Morlet小波变换的相干性实现两信号相位差估计的算法,在不同信噪比条件下,对算法的估计性能进行了仿真研究。仿真研究结果表明,在低信噪比的条件下,基于小波变换的相位差估计方法可以实现信号相位差的精确估计。通过与基于离散时间傅里叶变换方法的比较,验证了小波变换方法在估计信号相位差方面的优越性。该方法还可用于对非平稳信号相位差的估计。

气候政策不确定性与传统国际能源价格的影响关系研究——基于TVP-VAR模型和小波相干性分析

基于2010年1月到2022年12月3种国际代表性传统能源煤炭、原油和天然气期货价格,以及反映气候转型风险的气候政策不确定性指数月度数据,运用TVP-VAR模型和小波相干性分析法研究了气候政策不确定性与3种传统国际能源产品价格之间的影响关系。结果表明:(1)3种代表性能源品价格与气候政策不确定性指数之间存在着相互影响的时变关系,并呈现出显著的正、负交替的差异性特征,且原油和天然气分别与另两种能源品在不同滞后期和不同时点上的表现存在差异;(2)能源品价格与气候政策不确定性指数之间相互的冲击效果均在短期和中期效果不明显,在长期效果最为明显,并且在重要气候事件节点上,冲击效果更加明显;(3)能源品价格与气候政策不确定性指数在不同时域上,中期和后期较为明显;在不同频域内,低频和中频区相干性较为明显,总体表现为能源品价格引导气候政策不确定性指数变化。

基于交叉小波与小波相干的西太平洋副高与东亚夏季风系统的关联性分析

采用交叉小波变换与小波相干方法，利用NCEP／NCAR再分析资料以及NOAA卫星观测的OLR资料，分析了2006年夏季西太平洋副高的异常活动及其与东亚夏季风系统相关的时延位相特征。分析结果表明，副高指数与东亚夏季风系统成员特征指数的交叉小波功率谱和小波相干谱能够有效揭示周期尺度为14～20d的不同影响因子与副高指数的时频特征和时滞相关性。分析证实，马斯克林高压和南亚高压对副高的西伸、北跳有较好的预报意义；热带ITCZ和副热带高空急流的加强北移与副高脊线的北跳同步；副高北跳利于降水在华南发生，反过来，雨带的产生又有利于副高的进一步西伸。

小波相干分析及其在听觉与震动刺激事件相关诱发脑电处理中的应用

尝试将小波相干方法应用于事件相关电位实验的脑电信号分析中。实验分为三组:听觉任务、震动任务1和震动任务2。对12个受试者的实验数据进行40 Hz左右的小波相干分析,计算了前额脑区与其他各脑区之间的相干性,发现震动任务的小波相干值大于听觉任务并有显著差异,且在不同的任务中,各脑区的小波相干值有其明显不同的分布特征,且随时间呈有规律的变化。分析体现了小波相干在短时脑电信号处理上的优势。

利用小波相干技术检测致密储层裂缝发育带

目前国内、外油气勘探已经进入岩性油气藏勘探阶段,其中致密碳酸盐岩或页岩油气勘探具有远大前景。这类致密储层中裂缝是油气储集的主要空间。用模拟地震子波的小波函数对原始三维地震数据体作小波变换,可以得到不同频带(分辨率)的地震数据体。分别对具有不同分辨率的三维地震数据体进行C3相干处理,其中低频相干体突出了断裂的信息,而高频相干体则突出反映了受断裂控制下的小断裂或裂缝的发育信息,通过合理的融合系数有选择地对C3相干数据进行融合,获得了能够高精度分辨裂缝发育特征的相干数据体,由此提高了裂缝检测和储层预测的精度。

GPS时间序列小波相干分析

利用小波变换的多尺度时频分析特点,将小波变换与相干分析相结合构成小波相干分析,获取信号的幅值和相位信息,研究相干性随时间变化的特征,探测Fourier相干无法探测的特征信息,并将其应用于山东GPS地壳运动网络数据,分析2个基准站不同方向上各频率成分的共变规律。仿真试验和实测数据分析说明,小波相干是分析两列信号相互依赖关系,尤其是探测相干瞬时变化的有效方法。

我国国债期货和现货价格的影响关系分析——利用小波相干分析进行的实证研究

本文通过运用小波相干分析方法,同时从时域和频域维度,对我国国债期货与现货价格之间的时变相关性和引导关系进行实证分析,并将结果与格兰杰检验结果进行对比。研究发现,小波分析显示在中长期投资中存在国债期货价格与现货价格的双向引导关系,在短期投资中存在由现货价格引导期货价格向期货价格引导现货价格的转变过程。本文的研究结果佐证了我国国债期货市场变得愈加成熟的事实。

基于连续交叉小波相干分析和自适应CYCBD的轴承故障诊断

最大二阶循环平稳指标盲解卷积(maximum second-order cyclostationarity blind deconvolution,CYCBD)能从强背景噪声信号中恢复周期脉冲,是轴承故障诊断的有效方法。故障特征频率是CYCBD的关键参数,由于滚动轴承存在制造误差、滚子滑移等现象,导致真实的故障特征频率与理论值存在偏差,降低了CYCBD的有效性。同时,故障轴承测试信号中含有大量噪声和谐波干扰,也降低了CYCBD的故障特征提取能力。对此,提出了一种基于连续交叉小波相干分析和自适应CYCBD的轴承故障诊断方法,首先,利用正常轴承、故障轴承测试信号的交叉小波相干分析获取轴承故障共振频带。其次,基于3种归一化的周期检测指标提出一种新的周期检测技术以获取真实的轴承故障特征频率。最后,基于轴承故障共振频带信号和真实轴承故障特征频率进行CYCBD滤波,并针对滤波信号进行Teager能量算子解调分析得到能量频谱,从而进行轴承故障诊断。仿真信号和高速列车牵引电机轴承试验信号的分析结果表明,该方法能够有效识别轴承故障特征,且优于传统的CYCBD方法。

沿岸流不稳定运动传播特性的小波相干谱分析

沿岸流不稳定运动属于超低频运动,研究它的传播特性,有助于深入理解其对岸滩演变、污染物、鱼卵等输移、迁移的影响。本文基于小波相干谱对所选实验波况进行了研究,分析了规则波、随机波入射情况下沿岸流不稳定运动传播特性,并讨论了入射波高、周期、坡度等对其的影响。结果表明,不规则波更易诱导出沿岸流不稳定运动,且在不规则波情况下,不稳定运动在沿岸方向相距4 m的两个断面上产生的相位差都约为±30°,与波浪入射角相近;随着入射波高的增加,非线性随之增强,更易诱导出不稳定运动,生成的沿岸流不稳定运动周期范围将增大;入射波周期对沿岸流不稳定运动的传播特性影响较小;坡度越陡越易诱导出超低频的不稳定运动。

基于交叉小波与小波相干的黄土高填方体浅表层水分相关关系研究

探究黄土高填方边坡浅表层水分间的复杂关系是防治坡体浅层水土灾害的基础,本文以延安安塞某黄土高填方体为对象,开展了现场原位长时序监测,并通过交叉小波与小波相干分析方法,研究了坡面效应影响下黄土高填方边坡浅表层水分间的相关关系。结果表明:小波分析方法可用于半定量化研究黄土高填方边坡内外部水分间的相关关系,其优势是可在时域和频域上清晰表现两个时间序列的相关性与变化细节;降雨和边坡浅层土壤水之间存在两个主要的共振时间尺度0.06~1.78d和3.56~28.47d,在两时间尺度段内降雨与浅层土壤水的相关性呈增强趋势,即两者的相关性强弱存在明显时间尺度依赖;土壤水间的相关性强弱和交换转化剧烈程度可用显著相干面积百分比(PASC)表示,边坡不同位置PASC的平均值大小为坡顶(36.39%)<上坡段(37.6%)<中坡段(39.17%),坡面提高了垂向土壤水间的交换转化程度;边坡坡面效应的存在不利于降雨向土壤水的转化,但增强了浅表层垂向土壤水间的交换转化。

多通道EEG信号小波相干分析的测谎研究

为区分说谎与讲真两种思维状态下不同脑区之间的功能连接,并且研究这种功能连接在时域与频域的变化,征选了40名平均年龄21岁、健康右利手受试者作为实验对象,随机分为说谎和讲真两个被试组(各20名),采用标准三刺激模式测谎协议记录了在两种思维状态下12导联的脑电信号(electroencephalogram,EEG),然后利用小波相干分析方法,对刺激后250~1300 ms时段(P300典型发生时段)上的θ(0.5~4 Hz)、δ(4~8 Hz)、α(8~13 Hz)、β(13~30 Hz)、γ(30~100 Hz)五个频带的66个导联对的小波相干系数分别进行计算,分析不同导联对在不同时频域的功能连接.最后,利用秩和检验对两类受试者的相同时-频域的相干系数分别对比分析,实验结果表明,在θ及δ频带对应的时频域上,两类受试者在OZ-P4、OZ-P3及P3-P4三个导联对的相干值均存在统计学差异,推测人在面对物证说谎时进行功利和非功利的道德判断时导致视觉联合皮层(P3和OZ)和顶下小叶(P4)相应区域被激活,故而产生不同脑区间功能连接的显著统计性差异.

基于小波相干性算法的孤独症儿童脑电评估

孤独症是一种先天的大脑发育障碍性疾病,孤独症儿童的早期评估诊断尤为重要.脑电图(Electroencephalography,EEG)是大脑神经细胞电生理活动在大脑皮层或头皮表面的总体反映.EEG信号中包含了大量的生理与疾病信息,可为某些脑疾病提供诊断依据.本文按照国际10-20系统标准电极分布将全脑划分为5个脑区,采用小波相干性算法对孤独症(Autistic spectrum disorder,ASD)儿童和正常(Typical development,TD)儿童任意两通道之间在不同节律下的连接性进行计算,按脑区进行划分,得到脑区内和跨脑区功能连接结果,随后应用独立样本t检验分析和FDR(False discovery rate)多重校正方法后给出脑区内和跨脑区在不同节律下的组间差异.结果表明,ASD组相对于TD组跨脑区连接和脑区内连接普遍较弱,除delta频段外其他频段均差异显著,尤其是额叶与其他脑区连接.多重校正后通道间长程连接中额叶与枕叶、中央区与枕叶在四个频段差异显著较明显,通道间短程连接额叶在theta和alpha频段较显著,其他频段其他脑区对比不显著.

基于小波相干分析的阵发性房颤自动检测方法

阵发性房颤是一种最为常见的心律失常,发作时心电图主要表现为RR间期绝对不规则以及P波缺失。已有阵发性房颤的自动检测方法仅依赖于心电信号的时域信息,从而使得检测准确率不高。鉴于小波相干分析可以同时展现信号的时域和频域信息,文中提出了一种基于小波相干分析的阵发性房颤自动检测方法。首先,对所有的心电信号预处理;其次,对模板与待测心电信号分别进行小波相干分析得到其小波相干图;进而,计算小波相干值均值、比率和交叉小波相位角方差构成房颤心电特征;最后,将上述特征结合超限学习机完成阵发性房颤的自动检测。文中通过MIT-BIH房颤数据集验证所提算法的有效性与可行性,数值实验结果达到准确率97. 81%,敏感性98. 54%,特异性98. 61%。

基于小波相干算法的脑区情绪特性研究

研究了人脑不同区域情绪脑电信号的差异特性。按照国际10-20电极分布系统将大脑分成5个脑区,选用视频情绪诱发素材诱发被试产生正性、中性、负性情绪同时采集其脑电信号,设置各脑区小波相干指数为参数,研究其差异性并进行模式识别。结果显示:不同情绪状态下额叶、顶叶δ波段的小波相干指数具有显著差异(p<0.05),并且统计发现将中性情绪小波相干指数作为基准,负性情绪的小波相干指数增大,正性情绪的小波相干指数降低。实验结果验证了额叶和顶叶的小波相干指数对情绪三分类问题有较好的识别效果,顶叶情绪识别率高达96.67%,进一步证明了情绪处理时额叶、顶叶两个脑区被激活,且不同情绪状态下激活程度不同。

基于小波相干的沪深股市联动与差异性研究

文章基于小波相干,同时从时域和频域两个维度分析沪深两市的联动性及其差异性.结果表明,两市日收益率存在较强的联动性且同相运动;但仍具有差异性,2003年4月至2004年3月在中小尺度上,2006年7月至2009年7月在中长尺度上,两股市收益联动性均不显著.

国际原油市场与中国股票板块之间的相关性研究——基于小波相干性的方法

论文采用了DCC-GARCH和小波相干图的方法,研究了国际原油市场指数与中国股票板块指数之间的相关性。DCC-GARCH模型的研究结果显示国际原油市场指数与中国股票板块指数之间动态相关性非常的小。在金融危机期间,该动态相关系数主要在0到0.4之间波动;在非金融危机期间市场间该动态相关系数主要是围绕0上下波动。小波相干图的结果显示,金融危机期间国际原油市场指数与中国股票板块指数之间存在显著的长期相关性即低频区域存在显著相关性。金融危机期间不存在显著的短期相关性、中期相关性。非金融危机期间,短期相关性、中期相关性和长期相关性都不显著。这个结论与DCC-GARCH模型结论是相互补充的,两个研究结论综合起来就是国际原油市场与中国股票板块之间不存在显著的相关性,只有在金融危机期间国际原油市场与中国股票板块之间才会存在长期相关性。

基于小波理论的跨坐式单轨车辆振动源研究

轨道不平顺是跨坐式单轨车辆振动的主要激励源,开展跨坐式单轨车辆振动源研究对于车辆和轨道梁维护具有重要意义。文章基于SIMPACK多体动力学软件建立跨坐式单轨车辆动力学模型,对构架加速度时域信号和不平顺信号进行连续小波变换,以连续小波变换系数为指标进行时频分析,确定车辆振动和不平顺信号能量主要集中的频段;采用交叉小波变换和小波相干方法对多工况下的加速度时域信号进行小波相关性研究,以平均小波相干值评价轨道梁不平顺对车辆横向和垂向振动的贡献度。结果表明:导向面表面不平顺在0.5Hz、2Hz和14Hz处存在横向平均小波相干峰值,分别为0.93、0.71和0.66,垂向平均小波相干值在0.3附近波动;稳定面表面不平顺在6Hz处存在横向平均小波相干峰值(0.44),垂向平均小波相干值在0.3附近波动;走行面不平顺在6Hz处存在横向平均小波相干峰值0.53,垂向平均小波相干值稳定在0.98;轨道梁整体变形产生的不平顺在14Hz处存在横向平均小波相干峰值0.41,在2Hz处存在垂向平均小波相干峰值0.47。

基于小波变换的北京市PM_(2.5)时空分布特征及成因分析

收集北京市2014年PM2.5质量浓度数据，利用小波变换探讨北京市各类监测站点PM2.5污染的时间序列特征、主周期、突变特性，并结合气象资料，采用小波相干谱探究气象因子对PM2.5的影响。结果表明，2014年北京市各类监测点PM2.5质量浓度变化呈现波动-平稳-波动的相似变化趋势，其中1—4月和10—12月波动明显，且主周期相同（172d）。采暖期间，南部站点PM2.5质量浓度最高，采暖结束后，交通站点超越南部站点，成为PM2.5质量浓度最高的站点。北京PM2.5突变事件秋冬季节频繁而春夏较少，主要对应于重污染天气的生消过程。5类监测站点的PM2.5质量浓度基本呈现南高北低的分布规律。南部站点PM2.5污染最为严重、突变事件频次最高，该区局地污染排放显著，又是区域传输的重要通道，污染相对复杂；而北部站点污染水平最低、突变频次也最少；市区范围内交通站点污染相对突出。此外，气象因子对PM2.5质量浓度变化影响巨大：在小尺度（0~20d）上，PM2.5与相对湿度相关性最突出；在中等尺度（20~64d）上，PM2.5主要受平均风速和相对湿度制约，但季节变化明显；大尺度（>64d）上，PM2.5与日照时数和相对湿度相关性显著。

典型表层岩溶水系统降水量与泉流量的交叉小波分析

利用2002年3月至2008年12月龙怀表层岩溶水系统降水量与2个表层岩溶泉泉流量资料,采用连续小波变换、交叉小波变换与小波相干方法,对龙怀表层岩溶水系统降水量及表层岩溶泉泉流量多时间尺度特征及相关关系进行了分析。结果表明:龙怀表层岩溶水系统降水量主振荡周期为0.77～1.16a,布洋1号泉与龙何下泉泉流量的主振荡周期均为0.82～1.23a,而其高频部分周期变化均不连续,其动态特征均以年际变化为主;交叉小波变换揭示COI区域外降水量与布洋1号、龙何下泉泉流量的主共振周期均为0.77～1.23a,且涵盖全部时域,2个表层岩溶泉对降水的响应是显著和稳定的;表层岩溶泉泉流量存在稳定的落后于降水量的相位变化,布洋1号、龙何下泉分别落后于降水量0.61d、2.63d左右,表层岩溶泉径流过程为其泉域特征所制约;小波相干谱表明降水量与布洋1号泉流量在0.17～2.45a的全频域均显著共振,与龙何下泉在0.17～1.55a的周期上显著共振,且二者均涵盖了大部分时域,降水量与泉流量动态高度相关。

小波谱在舰船地震波场分析中的应用

舰船地震波信号是一个非平稳过程,以傅里叶变换为基础的传统谱分析方法已经难以发挥作用。小波变换因其在时-频域都具有表征信号局部特征的能力而成为非平稳信号分析的有力工具。提出了小波谱、小波相干系数用于舰船地震波信号的处理方法。由于Morlet小波所具有的优势,选用Morlet小波作为母小波进行小波分析,得到舰船地震波信号的时频特征。通过对实验数据的分析对比体现出小波谱良好的时频定位能力,表明小波谱适于信号特征的提取,并优于传统谱分析。