典型振动信号时-频分析方法研究

首先对比较简单的单分量信号和多分量信号进行时-频分析,对比了不同时-频分析方法(STFT、WD、Hilbert时-频谱分析、连续小波分析)的分析精度。结果表明对单分量信号和可以分解为若干单分量信号叠加的多分量信号,Hilbert时-频谱分析精度最好,WD和STFT次之,连续小波变换的精度最差;由于Hilbert时-频谱分析和WD方法要求信号为单分量信号或可以分解为若干单分量的信号,故其不适用于复杂信号的时-频分析;对多分量信号,STFT时-频谱较连续小波时-频谱精度高些。需要指出的是,当使用STFT方法时,取不同的窗参数,STFT的时-频分析精度相差很大,必须使用合适的窗参数,以取得较好的分析效果。此外还对El Centro波的两水平分量和人工合成的地震动进行了时-频分析,虽然STFT的时间分辨率和频率分辨率存在矛盾,但它对信号的适应性最强,对复杂信号的时-频分析精度一般可以满足需要,而连续小波变换进行信号的时-频分析时,时-频分辨精度最差,且对于大于30Hz的频率分量,随频率的增加,时-频分析的效果和精度迅速变差,说明小波变换并不适合于做时-频分析,尤其对于高频信号,用连续小波变换得到的时-频谱图看起来很粗糙,而且很难准确解释。进一步对比了真实地震动和人工地震动的时-频分布,认为用胡聿贤教授合成人工地震动的方法合成的地震动在时-频域上的分布和真实地震动相似。