hilbert-huang变换及其在目标方位估计和水声通信中应用的分析

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文Hilbert-Huang变换及其在目标方位估计和水声通信中的应用研究博士研究生：朱正指导教师：蔡平研究员学位级别：工学博士学科、专业：通信与信息系统所在单位：水声工程学院论文提交日期：2013-4-27论文答辩日期：2013-5-23学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofD.EngResearchonHilbert-HuangTransformandItsApplicationinDirectionofArriv

2、alEstimationandUnderwaterAcousticCommunicationCandidate:ZhuZhengSupervisor:Prof.CaiPingAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpecialty:Communication&InformationSystemDateofSubmission:April27,2013DateofOralExamination:May22,2013University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工

3、程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者(签字)：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或

4、机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文(□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后)由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者(签字)：导师(签字)：日期：年月日年月日Hilbert-Huang变换及其在目标方位估计和水声通信中应用研究摘要具有时变特性的非平稳信号广泛的存在于

5、各个领域中，要想揭示非平稳信号的本征特征需要借助于各种时频分析方法，而Hilbert-Huang变换方法是一种新颖的时频分析方法，它可以不利用任何先验知识仅根据信号自身的特点自适应的将任意复杂的非平稳信号分解为若干个本征模态函数之和，每个本征模态函数在某一时刻只含有一个振动模态，因此可以得到具有物理意义的瞬时频率。Hilbert-Huang变换方法具有自适应分解信号和时频分辨率高的突出特点，相比与其他的时频分析方法，在非平稳信号分析与处理中具有显著的优势，Hilbert-Huang变换方法自诞生以来就引起了人们极大的关注，人们纷纷使用这种方法来

6、处理各领域内的非平稳数据，目前Hilbert-Huang变换方法已经被广泛的应用到了科研与工程的各个领域中。本文对Hilbert-Huang变换算法中的均值曲线拟合、端点效应和模态混叠等问题进行了研究，并提出了相应的解决方案。论文中提出了一种利用分段高级样条直接拟合均值曲线的方法，该方法利用分段高阶样条获得更精确的均值点，对均值点序列直接进行拟合来得到均值曲线，该方法使得使得EMD方法在筛选本征模态函数时可以获得更为精确的均值曲线，从而实现准确的模态提取，同时相对于传统的方法，该方法具有更快的分解速度。本文中对模态混叠问题也进行了研究，分析了产

7、生模态混叠现象的根本原因，提出了一种基于平移不变小波变换和EMD尺度滤波的消除模态混叠的方法，利用该方法可有效的剔除信号中引起模态混叠现象的高频间断信号，从而达到克服模态混叠现象的目的。传统的Hilbert-Huang变换算法存在着运算量过大的缺点，为了使Hilbert-Huang变换算法在硬件上能够实时实现，本文针对水声信号处理中信号的特点，对Hilbert-Huang变换方法从均值曲线拟合、端点效应处理、筛选本征模态函数的终止条件、EMD分解的终止条件、计算Hilbert变换等几个方面对其进行了算法改进，使得在保证Hilbert-Huang

8、变换性能的基础上，大大减少了Hilbert-Huang变换算法的运算量。针对水声信号的特点，本文将Hilbert-Huang变换应用到水声信号处理领域