基于线调频小波变换的一维时间序列时频分析方法(MATLAB)

在机械故障诊断领域,振动信号的处理常采用以快速傅立叶变换为基础的相关分析、幅值分析、频谱分析等时域和频域分析方法。但经典的FFT存在固有缺点,即它虽然在频域范围内是完全局部化的,但是它不包含任何时域信息,因而不适于分析非平稳信号。近年来涌现的各种时频分析方法(短时傅立叶变换、Wigner-Ville分布、Cohen类时频分布、小波分析等)较好地解决了非平稳信号分析的问题 。小波分析又是其中运用最为成功的一种方法,具有良好的时频局部性、多尺度性和"数学显微"特性。但这种方法只适应于频率范围很窄的信号,不能满足设备振动信号的分析需要。

线调频小波变换源于19世纪20年代的光学研究,但将其作为信号处理的数学工具来研究,则只是最近几年的事。许多学者研究过采用基函数来表示和逼近信号的思想,用一系列的线性调频信号来逼近自然界中的各种信号,并提出了各种寻找与待分析信号最匹配的基函数的优化算法。线调频小波变换属于时间-频率-尺度变换,利用它作信号的谱估计,不仅具有小波变换谱估计方法高频域分辨率的优点,而且可以根据需要自由地选择尺度参数,谱估计值更准确有效,对非平稳信号的分析功能更加强大。线调频小波变换使用的时频分析网格除了时移、频移、尺度变化外,还有斜方向的拉伸与旋转变化,这些复杂形状的网格所提供的分析功能是短时傅立叶变换、小波变换等各种方法所无法企及的。

鉴于此,采用一种线调频小波变换对非平稳信号进行时频分析,运行环境为MATLAB R2018A。

Matlab 复制代码
for elec = 1:nChan  
    dataY = squeeze(data(elec,:)); % one sensor of data
    X=fft(dataY, Ly2);              % Fast Fourier transform
    Y=X.*H;                         % multiply power spectra (frequency-domain convolution)
    convDat=ifft(Y, Ly2, 2);        % Inverse fast Fourier transform
    convDat=convDat(:,1:1:Ly);      % Take just the first N elements
    if t_even==1
        wavDat(elec,:,:) = convDat(:,half_of_wavelet_size:end-half_of_wavelet_size); %remove half of wavelet from either side
    else
        wavDat(elec,:,:) = convDat(:,half_of_wavelet_size+1:end-half_of_wavelet_size); %remove half of wavelet from either side
    end
    %update progress bar
    prog=100*(elec/size(data,1));
    fprintf(1,'\b\b\b\b%3.0f%%',prog);
end
fprintf(1,'\n');

%format
tfRes.power = squeeze(reshape(abs(wavDat).^2,nChan,numel(freqs),nTimes,nTrls)); %power, reshape back
tfRes.phase = squeeze(reshape(angle(wavDat),nChan,numel(freqs),nTimes,nTrls)); %phase, reshape back
tfRes.freqs=freqs;
tfRes.times=0:1/Fs:((1/Fs)*nTimes)-(1/Fs);
tfRes.nsensor=nChan;
tfRes.ntrls=nTrls;
tfRes.Fs=Fs;
tfRes.cycles = cycles;
tfRes.method='wavelet';

完整代码:https://mbd.pub/o/bread/ZJqTk5Zs

tfRes.scale = 'linear';
  • 擅长领域:现代信号处理,机器学习,深度学习,数字孪生,时间序列分析,设备缺陷检测、设备异常检测、设备智能故障诊断与健康管理PHM等。
相关推荐
Henry-SAP3 小时前
SAP引领ERP智能化转型
人工智能·云原生·sap·erp
峥嵘life4 小时前
Android16 311Y3 EAP-TLS 网络连接失败分析与修复总结
android·开发语言·人工智能·php
特立独行的猫a4 小时前
一切皆插件:DeepSeek Harness 的架构哲学,以及与主流 Agent 的对比
人工智能·架构·agent·deepseek·harness
电商API_180079052474 小时前
京东商品详情API技术文章
大数据·运维·人工智能·网络爬虫
数模竞赛Paid answer4 小时前
2026年中青杯数学建模A题数学建模论文智能评估系统与多智能体优化方法求解全过程论文及程序
算法·数学建模·中青杯
fīɡЙtīиɡ ℡5 小时前
AI Agent 记忆系统
人工智能
银-豆豆5 小时前
数据结构与算法-动态规划、回溯与贪心
算法·动态规划
企鹅的企5 小时前
2027北京AI数字健康与智慧医疗展官方:超两成展品亚洲首秀
人工智能·科技·机器人
lvts_cs5 小时前
淄博高新区绿天使数智创新港:高标准产研厂房全维度详解
大数据·人工智能