经验模式分解与小波变换在模拟信号中的对比分析.pdfVIP

地质学刊 , 33 ( 1) , 79—83, 2009 经验模式分解与小波变换在模拟信号中的对比分析 李 　旋 , 周清锋 , 何朝津 , 杨礼平 , 赵立科 , 王晓辉 ( ) 　　 江苏省地质调查研究院 ,江苏 南京 2 100 18 摘要 :经验模式分解和小波分解是当前有效处理非平稳信号的两种时频分析方法 ,它们各具优缺点 ,适用于不同的 领域 。模拟信号突变性检测 、趋势检测和频率检测的对比实验表明:在突变检测方面 ,小波分解优于经验模式分 解 ;但经验模式分解在低频信号检测及趋势检测方面优于小波分解 。 关键词 :经验模式分解 ;小波分解 ;非平稳信号 ;时频分析 中图分类号 : TP391; O 174. 22　　　文献标识码 : A 　　　文章编号 : 1674 - 3636 (2009) 01 - 0079 - 05 对信号进行离散变换 ,在频域进行谱分析的方法 。 0　引　言 它具有高分辨率的特点 ,而且在时、频两域具有表征 信号特征的能力 。它是 目前最流行的处理非平稳数 时频分析方法是非平稳信号处理的一个重要部 据分析的有效方法 ,然而小波变换的本质是窗口可 分 ,它是利用时间和频率的联合函数来表示非平稳 调的傅里叶变换 , 同样面临着傅氏变换的局限性 ,而 信号 ,并对其进行分析和处理 。变形监测中获取的 且小波分析的结果受所选小波基的限制 ,通过小波 数据是一种非平稳信号 ,对非平稳信号的一种通常 分析得到的小波分量和小波谱只相对于所选的小波 分析方法就是对信号进行平稳或分段平稳处理 ,然 基有意义 。 后再采用适当的分析方法 ,如短时傅里叶变换 、小波 经验模式分解方法是 H ilbertHuang变换的关 变换等对信号进行分析 ,得到信号的时频分布 。但 键技术 ,其本质是对一个信号进行平稳化处理 ,即将 是这些分析方法都是以傅里叶变换为基础 ,摆脱不 信号中不同尺度的信号逐级分解 ,产生一系列具有 了傅氏变换的局限性 。即傅里叶变换仅实现信号从 不同特征尺度的平稳的窄带信号 。EMD 的核心是 ( ) 时域到频域的转换 ,信号的时域波形中不包含任何 产生固有模态函数 MI F 的筛选分解过程 , 由 EMD 频域信息 ;而且傅里叶谱是信号的统计特性 ,它是整 得到的 MI F 需满足以下两个条件 : ①在整个信号长 个时域内的积分 ,没有局部化分析信号的功能 ,完全 度上 ,一个 MI F 的极值点和过零点数 目必须相等或 不具备时域信息 。 至多只相差一点 。②在任意时刻 , 由极大值点定义 黄鄂等在 1998 年提 出的经验模式分解方法 的上包络线和由极小值定义得下包络线的平均值为 ( ) EMD 是一种适合对非平稳信号进行分析的有效工 零 。满足上述条件的 MI F就是一个单分量信号 。 具 ,已经成功应用到海洋、地震、机械振动信号分析等 对于给定的信号 , Huang介绍了 EMD 的具体步 领域的数据分析中。笔者对比使用小波分析和 EMD 骤 ,石春香 、于德介 、谭善文 、戴吾蛟等人进行了翔实 两种方法对模拟信号进行突变性检测、趋势检测和频