小波阈值降噪与经验模态分解在信号瞬时特征提取中的应用.pdf

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1、小波阈值降噪与经验模态分解在信号瞬时特征提取中的应用崔心瀚，马立元，魏忠林，王天辉(军械工程学院，河北石家庄050003)ApplicationofWaveletThresholdDe——noisingandEMDinInstantaneousFeatureExtractionCUIXinhan，MALiyuan，WEIZhonglin，WANGTianhui(OrdnanceEngineeringCollege，Shijiazhuang050003，China)摘要：为了在信号瞬时特征提取过程中有效降0引言低噪声干扰影响，提出一种基于小波阈值降噪和经验模态分解(EMD)的信号瞬时特征提

2、取方法。根在机械故障诊断和故障预测领域，经常要对非据信号特征选择适合的小波阈值函数进行降噪处平稳信号进行相关的信息提取和特征分析。然而理，然后对降噪信号进行EMD分解，以互相关系数信号在产生、传输和收集的过程中，不同程度地受作为判别依据，保留含有信号瞬时特征的本征模函到噪声的污染。因此，在对信号进行提取和分析之数(IMF)，并进行Hilbert时频谱图和边际谱图分前必须降噪。小波降噪作为一种最为常见的方析，最终完成信号瞬时特征的提取。法，被广泛应用于非平稳信号的预处理过程之中。关键词：阈值去噪；经验模态分解；希尔伯特一黄经验模态分解(EMD)[2-33既可用于分析非线变换；特征提取性、非

3、平稳信号，也可用于分析线性、平稳信号的时中图分类号：TN911．4频分析方法。其通过信号的EMD分解，使非平稳文献标识码：A信号平稳化，从而使得信号的瞬时频率具有实际意文章编号：1001—2257(2014)10—0012—05义，并为希尔伯特一黄变换(HHT)的应用提供条件。Abstract：Inordertoreducetheimpactcausedby但是在EMD分解的实际应用中往往会出现边缘效noisepollutionuponthesignalprocessingofinstanta—应，高频分量处理的好坏直接影响到整个信号的分neousfeatureextraction，am

4、ethodcombiningwavelet析。结合以上提到的非平稳信号相关处理技术，利thresholdde——noisingandempiricalmodedecomposi—用小波降噪与EMD分解，对仿真信号和轴承外圈tion(EMD)toextracttheinstantaneousfeaturesof故障信号进行处理。signalsisproposedhere．Themethodselectsasuitablewaveletthresholdwhichdependsonthefeatureof1小波降噪原理signaltomakepretreatmenttothesignal，a

5、ndthen合理选择信号的小波系数以便剔除噪声，是小theintrinsicmodefunctions(IMFs)ofde～noising波降噪的关键。常用的细节处理方法有2种，一种signalsareobtainedwithEMD．Basingonthecor—是将小波分解结构中的高频系数全都变为零；另一relationdegrees，therealIMFsareextractedtoan—种则是给定阈值进行降噪处理。对于前者，虽然噪alyzetheHilbertspectrumandthemarginalspec～声信号多存在于高频细节中，但将高频系数全置零trum．Finallyw

6、ecompletetheextractionofsignals会导致部分高频信号特征缺失，影响信号瞬时特征instantaneOusfeature．的完整提取。而对于后者，如能恰当选择阈值就能Keywords：thresholdde—noising；EMD；HHT；够生成最小方差估计的降噪信号，这样就能达到信featl】reextracti0n号降噪的目的。小波阂值法作为信号去噪的常用方法，最早由收稿日期：2014—07—03基金项目：军队通保科研基金资助项目(装通[2012380号)Donoho和Johnstone提出[4-63。一般来说，对于一·12·《机械与电子》2O14(iO)、

7、波阈值降噪维振动信号的小波降噪可按如下过程进行：小波分值函数，分别将所有极大值点和所有极小值点连接解、阈值和阈值函数的选取以及一维小波的重构，起来形成上下包络线，并计算上、下包络线的平均在这3个过程中，最为关键的当属阈值的选择以及值，记为re(t)，算出阈值的量化，在某种程度上说，它关系到信号消噪()一()一hl()(3)的质量书]。不同的小波系数估计对应着不同的小根据IMF分量判断条件判断h()，如果满足波阈值去噪方法，传统的阈值