基于快速独立分量分析的Wigner-Ville分布交叉项消除的信号处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及信号处理技术领域，具体涉及一种Wigner-Ville分布交叉项消除的 信号处理方法。
【背景技术】
[0002] Wigner-Ville 分布（Wigner-Ville Distribution)是由学者 Ville 在 1948 年 提出的一种双线性时频分布，它能在时域和频域中同时揭示信号能量的分布，由于具有较 好的时频聚集性而在信号处理应用领域内被广为应用。但是工程领域中的许多信号都含 有复杂的频率成分，对于这类多分量信号进行Wigner-Ville分析会产生交叉项，限制了 Wigner-Ville分析方法的进一步发展。针对这一问题，研究者提出了一些方法，发表的文 献主要包括《电子学报》的《一种时频分布核函数构造方法》，《振动与冲击》的《基于Gabor 展开的Wigner-Ville分布的交叉项消除》等，以及申请号为CN101739386A的专利《基于逻 辑运算消除魏格纳分布交叉项的信号处理方法》。消除Wigner-Ville分布交叉项的方法可 以概括为两类，一是核函数法，二是信号分解法。伪Wigner-Ville分析、平滑Wigner-Vilie 分析等都属于前者，通过核函数的设计来抑制交叉项；后者则是将产生交叉项的多分量信 号分解为若干单分量信号之和，利用各单分量信号的Wigner-Ville分布来重构多分量信 号的Wigner-Ville分布。与前者相比，第二类方法不需要重新设计核函数，方法简单， 计算量小，可以很好地抑制交叉项。本发明属于后者。目前，独立分量分析方法在消除 Wigner-Ville分布交叉项方面的应用较少，吴军彪等在文献《基于时频独立分量分析的 Wigner-Ville分布交叉项消除法》中将独立分量分析用于消除时变信号Wigner-Ville分 布的交叉项，文中采用极大似然估计方法实现对目标函数的优化，该方法的收敛速度是线 性的，实时性差。本发明将基于最大负熵理论的快速独立分量分析法用于消除交叉项，该方 法收敛速度是3次方，实时性更高。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种基于快速独立分量分析的Wigner-Ville分布交叉项 消除的信号处理方法，本发明将快速独立分量分析方法用于对多分量信号进行解混，能有 效解混出各独立分量信号，通过各独立分量信号的Wigner-Ville分布来重构多分量信号 的Wigner-Ville分布，能更好地实现交叉项的消除和有用信息的保留。
[0004] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的： 基于快速独立分量分析的Wigner-Ville分布交叉项消除的信号处理方法，包括如下 步骤： 步骤1对多分量信号Jf进行预处理； 步骤1.1对多分量信号Z进行中心化处理，得到信号f = S(Z); 步骤1.2分解信号F的协方差矩阵Cy, = 计算其特征值 A = 为酉矩阵，UUr = J ;求取白化矩阵5，B = ?"^?7Γ ;将白化矩 阵S左乘信号F，完成信号F的白化处理，得到信号Z=BF ; 步骤2利用快速独立分量分析方法对信号Z进行解混处理得到若干独立分量信号 Ji⑷，J2 (?)，…，Jn (?),具体包括： 步骤2. 1根据实际情况估计独立分量的个数w ,令迭代次数/? = 1 ; 步骤2. 2随机选取一个初始向量％，令Il % Il= 1 ; 步骤2· 3计算wp = S{%(w?Z)；}- (W^Z)WiJ ,函数g(.)是非二次型函数σ(.)的 一阶导数，g'(·)是σ〇的二阶导数；
【主权项】
1.基于快速独立分量分析的Wigner-Ville分布交叉项消除的信号处理方法，其特征 在于，所述方法包括以下步骤： 步骤1对多分量信号if进行预处理； 步骤1. 1对多分量信号I进行中心化处理，得到信号F = ; 步骤1. 2分解信号17的协方差矩阵Cy , Cy = [ ,计算其特征值 A = d7ag(4，...，為为酉矩阵，u"[/r = j ;求取白化矩阵，5 = /i-吟尸；将白化矩 阵B左乘信号r，完成信号F的白化处理，得到信号Z = 5F ; 步骤2利用快速独立分量分析方法对信号Z进行解混处理得到若干独立分量信号
，具体包括： 步骤2. 1根据实际情况估计独立分量的个数"，令迭代次数= 1 ; 步骤2. 2随机选取一个初始向量、，令I|wj=l ; 步骤2. 3计算wp = ,函数g〇是非二次型函数G0的 一阶导数，g'G是〇(0的二阶导数；
步骤2. 4对进行正交化处理 ^ /-I 步骤2. 5对、进行归一化处理：
步骤2.6若％不收敛，返回步骤2. 3; 步骤2.7令多=户+1，如果尹<#1，返回步骤2.2; 步骤2. 8重复步骤2. 3-2. 7依次得到归一正交化的向量％ (;=152,...，ft),获得解 混矩阵,=[W1SW2，…，WJ ,由此可得s(f) = JTZ , %(￡) , 士的，…，&約即为解混后得到 的独立分量信号； 步骤3对各独立分量信号咕），&的，...，&(纟）分别进行Wigner-Ville分析，得到 对应的时频分布$仏/) 冗(￡,/)，然后在此基础上对其进行线性叠加重构多分 量信号JT不含交叉项的总体Winger-Ville分布r(r,j〇。
【专利摘要】基于快速独立分量分析的Wigner-Ville分布交叉项消除方法，涉及信号处理技术领域，本发明将快速独立分量分析方法用于对多分量信号进行解混，能有效解混出各独立分量信号，通过各独立分量信号的Wigner-Ville分布来重构多分量信号的Wigner-Ville分布。本发明为Wigner-Ville分布交叉项的消除提供了一种途径，该方法基于信号分解的思想，不需要重新设计核函数，易于实现，运算量小，同时通过计算有效的不动点来实现对目标函数的优化，收敛速度更快，实时性更高，同时保持了良好的时频聚集性。能更好地实现交叉项的消除和有用信息的保留。
【IPC分类】H04L25-03
【公开号】CN104618279
【申请号】CN201510030659
【发明人】齐晓轩, 郭婷婷, 韩晓微
【申请人】沈阳大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月22日