n = 64; m = 1000; k = 1:(n*m); x =2*randn(1,n*m)+sin(2*pi*k*8/n)+sin(2*pi*k*14.32/n);如何分离出两个信号,用matlab代码

时间: 2024-10-23 14:16:55 浏览: 39
在MATLAB中,你可以使用傅立叶变换(Fast Fourier Transform, FFT)来分离出这两个信号。首先,你需要对`x`进行FFT得到频域表示,然后分别找到对应于8Hz和14.32Hz频率的峰值,最后通过IFFT(逆快速傅立叶变换)将频域信号重构回时域并提取这两个信号。 以下是具体的步骤: ```matlab % 定义变量和数据 n = 64; m = 1000; k = (1:n*m)'; % 范围从1到n*m x = 2*randn(1, n*m) + sin(2*pi*k*8/n) + sin(2*pi*k*14.32/n); % 创建信号 % 对信号进行FFT X = fft(x); % 计算频谱,并将其转换为频率轴 Fs = n/m; % 根据n和m计算采样率 f = (0:n*m- 14.32) < abs(f(2) - 14.32)/2); % 约等于14.32Hz的近似位置 % 提取信号对应的频域分量 X_8Hz = X(idx_8Hz); X_14_32Hz = X(idx_14_32Hz); % 分别进行逆FFT恢复信号 x_8Hz = real(ifft(X_8Hz)); x_14_32Hz = real(ifft(X_14_32Hz)); % 结果可能会有噪声,可以进一步滤波处理 % ... % 显示结果 figure; subplot(2,1,1), plot(k, x), title('Original Signal'); subplot(2,1,2), plot(k, [x_8Hz; x_14_32Hz]), title(['Separated Signals at ' num2str(8) ' Hz and ' num2str(14.32) ' Hz']); ```
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clc clear all; close all; %%6-9 T=0.2; Q=0.9; sigma=sqrt(Q); R=0.6; I=eye(3);%返回3*3单位矩阵 N=200; a=0.11; w=sigma*randn(N,1); pusi=sqrt(R)*sqrt(1-exp(-2*a*T))*randn(N,1); Ps=exp(-a*T); v=zeros(N,1); v(1,1)=pusi(1,1); for i=2:N v(i,1)=Ps*v(i-1,1)+pusi(i,1); end Phi=[1 T 0.5*T^2;0 1 T;0 0 1]; G=[0 0 T]'; H=[1 0 0]; xr(: ,1)=zeros(3,1); xr(3,1)=w(1,1); for i=2:N xr(:, i)=Phi*xr(: ,i-1)+G*w(i,1); z(:,i)=H*xr(:,i)+v(i,1); end Qtemp=G*Q*G'; R_star=H*Qtemp*H'+R; J=Qtemp*H'*inv(R_star); H_star=H*Phi-Ps*H; Phi_star=Phi-J*H_star; Q_star=Qtemp-Qtemp*H'*inv(R_star)*H*Qtemp; for i=1:N-1 z_star(:, i)=z(:,i+1)-Ps*z(:,i) ; end xe(:, 1)=zeros(3,1); Ppos=eye(3); Ppre(:, 1)=diag(Ppos); Pest(:, 1)=diag(Ppos); xe(:,1)=xe(:,1)+Ppos*H'*inv(H*Ppos*H'+R)*(z(:,1)-H*xe(:,1)); Ppos=inv(inv(Ppos)+H'*inv(R)*H); for i=2:N-1 x(:,i)=Phi_star*xe(: ,i-1)+J*z_star(:, i-1); Pneg=Phi_star*Ppos*Phi_star'+Q_star; Ppre(:,i)=diag(Pneg); K(:,i)=Pneg*H_star'*inv(H_star*Pneg*H_star'+R_star); Ppos=(I-K(:,i)*H_star)*Pneg; Pest(:,i)=diag(Ppos);%提取对角元素 xe(:,i)=x(:,i)+K(:,i)*(z_star(:, i)-H_star*x(:,i))%状态估计 end xe1(:,1)=zeros(3,1); Ppos1=eye(3) ; Ppre1(:,1)=diag(Ppos1); Pest1(:,1)=diag(Ppos1); R1=R*(1-exp(-2*a*T)); for i=2:N-1 x1(:,i)=Phi_star*xe1(:,i-1); Pneg1=Phi*Ppos1*Phi'+G*Q*G'; Ppre1(:,i)=diag (Pneg1); K1(:,i)=Pneg1*H'*inv(H*Pneg1*H'+R1); Ppos1=(I-K1(:,i)*H)*Pneg1; Pest1(: , i)=diag(Ppos1);%提取对角元素 xe1(:,i)=x1(:, i)+K1(:,i)*(z(:,i)-H*x1(:,i))%状态估计 end pos_diff=xe(1,: )-xr(1,1:N-1); pos_diff1=xe1(1,:)-xr(1,1:N-1); pos_diff_m=mean(pos_diff); pos_diff_s=std(pos_diff); pos_diff_m1=mean(pos_diff1); pos_diff_s1=std(pos_diff1); t=(1:N-1)*T; plot(t, pos_diff,'b-', t, pos_diff1, 'ro--') ; legend('状态扩展','近似为白噪声'); xlabel('时间(s)'); xlabel('位置误差(m)')代码解析

%% 生成随机信号 Fs = 1000; t = 0:1/Fs:1-1/Fs; x = sin(2*pi*10*t) + sin(2*pi*20*t) + 0.5*randn(size(t)); figure plot(x) %% 设置优化参数 nvars = 2; lb = [3, 500]; % K下限, alpha下限 ub = [8, 1500]; % K上限, alpha上限 options = optimoptions('gamultiobj',... 'PopulationSize', 20,... 'MaxGenerations', 200,... 'Display', 'final',... 'PlotFcn', {@gaplotpareto, @gaplotscorediversity},... % 增加评分多样性图 'OutputFcn', @saveHistory); % 自定义输出函数记录历史 %% 执行优化 [params_opt, fval_opt] = gamultiobj(@(params)vmd_fitness(params, x), nvars, [], [], [], [], lb, ub, options); %% 结果展示 disp('===== Pareto最优解 ====='); for i = 1:size(params_opt,1) K = round(params_opt(i,1)); alpha = params_opt(i,2); avg_se = fval_opt(i,1); energy_entropy = -fval_opt(i,2); fprintf('解%d: K=%d, alpha=%.2f, 平均样本熵=%.4f, 能量熵=%.4f\n',... i, K, alpha, avg_se, energy_entropy); end %% 绘制Pareto前沿 figure; scatter(fval_opt(:,1), fval_opt(:,2), 'filled'); xlabel('平均样本熵'); ylabel('能量熵'); title('Pareto前沿分布'); grid on; %% 绘制收敛曲线(优化后执行) figure; hold on; for gen = 1:length(ga_history.Generation) scores = ga_history.Fitness{gen}; scatter(scores(:,1), scores(:,2), 'MarkerFaceAlpha',0.3); end xlabel('平均样本熵'); ylabel('能量熵'); title('种群适应度演化过程'); grid on; %% 定义样本熵函数 (需自行实现或从File Exchange获取) function en = sampen(data, m, r) n = length(data); em = zeros(1,2); for i = 1:2 m_current = m + i - 1; count = 0; for j = 1:n - m_current window = data(j:j+m_current-1); for k = j+1:n - m_current if max(abs(window - data(k:k+m_current-1))) <= r count = count + 1; end end end em(i) = count; end epsilon = 1e-6; if em(2) == 0 && em(1) == 0 en = Inf; else en = -log((em(2)+epsilon)/(em(1)+epsilon)); end end %% 定义适应度函数 function fitness = vmd_fitness(params, signal) K = round(params(1)); alpha = params(2); % VMD分解(需确保vmd函数可用) try [u, ~] = vmd(signal, 'NumIMFs', K, 'PenaltyFactor', alpha); % 在vmd_fitness中添加IMF有效性检查 if any(std(u, [], 2) < 1e-5) % 剔除无效IMF fitness = [Inf, Inf]; return; end catch fitness = [Inf, Inf]; return; end % 计算平均样本熵 total_se = 0; for i = 1:size(u,1) se = sampen(u(i,:), 2, 0.15*std(u(i,:))); total_se = total_se + se; end avg_se = total_se / size(u,1); % 计算能量熵 energy = sum(u.^2, 2); energy = energy / sum(energy); energy_entropy = -sum(energy .* log(energy + eps)); fitness = [avg_se, -energy_entropy]; % 双目标最小化 end %% 添加历史记录函数 function [state, options, optchanged] = saveHistory(options, state, flag) persistent history if isempty(history) history = struct('Generation', [], 'Fitness', []); end if strcmp(flag, 'iter') currentGen = state.Generation; history.Generation(end+1) = currentGen; history.Fitness{end+1} = state.Score; end assignin('base', 'ga_history', history); % 保存到工作空间 optchanged = false; end 检查代码有无问题

%% clc clear %% 生成随机信号 %Fs = 1000; %t = 0:1/Fs:1-1/Fs; %x = sin(2*pi*10*t) + sin(2*pi*20*t) + 0.5*randn(size(t)); %figure %plot(x) load('师兄第一个全寿命振动数据_1.mat') ss = randi([1,12500],1,1); x = (vibrate_res(:,ss))'; figure plot(x) %% 设置优化参数 nvars = 2; lb = [3, 500]; % K下限, alpha下限 ub = [8, 1500]; % K上限, alpha上限 options = optimoptions('gamultiobj',... 'PopulationSize', 20,... 'MaxGenerations', 50,... 'Display', 'final',... 'PlotFcn', {@gaplotpareto, @gaplotscorediversity},... % 增加评分多样性图 'OutputFcn', @saveHistory); % 自定义输出函数记录历史 %% 执行优化 [params_opt, fval_opt] = gamultiobj(@(params)vmd_fitness(params, x), nvars, [], [], [], [], lb, ub, options); %% 结果展示 disp('===== Pareto最优解 ====='); for i = 1:size(params_opt,1) K = round(params_opt(i,1)); alpha = params_opt(i,2); avg_se = fval_opt(i,1); energy_entropy = -fval_opt(i,2); fprintf('解%d: K=%d, alpha=%.2f, 平均样本熵=%.4f, 能量熵=%.4f\n',... i, K, alpha, avg_se, energy_entropy); end %% 绘制Pareto前沿 figure; scatter(fval_opt(:,1), fval_opt(:,2), 'filled'); xlabel('平均样本熵'); ylabel('能量熵'); title('Pareto前沿分布'); grid on; %% 绘制收敛曲线(优化后执行) figure; hold on; for gen = 1:length(ga_history.Generation) scores = ga_history.Fitness{gen}; scatter(scores(:,1), scores(:,2), 'MarkerFaceAlpha',0.3); end xlabel('平均样本熵'); ylabel('能量熵'); title('种群适应度演化过程'); grid on; %% 修正后的样本熵函数 function en = sampen(data, m, r) n = length(data); if n <= m + 1 en = 1e6; % 数据过短返回大数值 return; end % 计算B(m维匹配数) B = 0; for j = 1:n - m ref = data(j:j+m-1); for k = j+1:n - m if max(abs(ref - data(k:k+m-1))) <= r B = B + 1; end end end % 计算A(m+1维匹配数) A = 0; for j = 1:n - (m+1) ref = data(j:j+m); for k = j+1:n - (m+1) if max(abs(ref - data(k:k+m))) <= r A = A + 1; end end end if B == 0 || A == 0 en = 1e6; % 无法计算时返回大数值 else en = -log(A / B); en = max(en, 0); % 确保非负 end end %% 修改后的适应度函数 function fitness = vmd_fitness(params, signal) K = round(params(1)); alpha = params(2); % VMD分解 try [u, ~] = vmd(signal, 'NumIMFs', K, 'PenaltyFactor', alpha); % 检查IMF有效性 valid_imfs = true; global_std = std(signal); for i = 1:size(u,1) if std(u(i,:)) < 1e-5 valid_imfs = false; break; end end if ~valid_imfs fitness = [Inf, Inf]; return; end catch fitness = [Inf, Inf]; return; end % 计算平均样本熵 total_se = 0; for i = 1:size(u,1) current_std = std(u(i,:)); r = 0.15 * max(current_std, 0.01 * global_std); % 动态设置r下限 se = sampen(u(i,:), 2, r); total_se = total_se + se; end avg_se = total_se / size(u,1); % 计算能量熵 energy = sum(u.^2, 2); energy = energy / sum(energy); energy_entropy = -sum(energy .* log(energy + eps)); fitness = [avg_se, -energy_entropy]; end %% 添加历史记录函数 function [state, options, optchanged] = saveHistory(options, state, flag) persistent history if isempty(history) history = struct('Generation', [], 'Fitness', []); end if strcmp(flag, 'iter') currentGen = state.Generation; history.Generation(end+1) = currentGen; history.Fitness{end+1} = state.Score; end assignin('base', 'ga_history', history); % 保存到工作空间 optchanged = false; end 为什么收敛曲线只输出了20组数据,可否修改代码添加适应度函数曲线

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