
第
30
卷第
12
期
振动与冲击
JOURNAL
OF
VIBRATION
AND
SHOCK
Vo
l.
30
No.12
2011
基于
Wigner-
Ville
分布与小波尺度谱融合的时频特征提取方法
龚海健,黄伟国,赵凯,李双,朱忠奎
(苏州大学城市轨道交通学院,苏州
215021)
摘
要:时频分布提供了信号特征在时间域和频率域的联合分部信息。作为两种典型的时频分布表示方法,
Wign
er-
Ville
分布
(WVD)
和尺度谱都存在的缺陷,体现在
WVD
存在严重的交叉项,尺度谱时频聚集性差。在
WVD
和尺度谱的
基础上提出一种以消除交叉项和保持高分辨率为目的的时频特征融合算法。仿真分析验证了该算法能够有效抑制交叉项,
可以很好地保持时频分辨率,且抑制了弱噪声对于时频特征的干扰。通过仿真信号的分析将该算法与
Cohen
类时频分析方
法进行比较,验证了其在时频特征表示方面的优越性。将时频融合算法应用于轴承振动信号的时频表示,结果表明该方法
能基本消除时频特征表示中的交叉项且保持了较高的时频分辨率,验证了算法在信号特征表示方面的有效性。
关键词
WVD;
尺度谱;交叉项;分辨率;融合
中图分类号
TN91
1.
7
文献标识码
A
Time-frequency feature extraction based on fusion of
Wigner-Ville distribution and wavelet scalogram
GONGHj
αkpαπ
,
HUANG
Wei-guo
,
ZHAO
[(jα
i
,
LI
Shu
α
ng
,
ZHU Zhong-kui
(School
of
Mechanical
Urban
Rail
Transportation
,
Soochow
University
,
Suzhou
215021
, China)
Abstract:
Time-frequency distribution provides signal joint features
in
time
and
frequency domains.
Wigner-
飞
lille
distribution
(WVD)
and
wavelet scalogram, as two methods of time-frequency analysis , both have inherent defects ,
because
Wigner-
飞
Tille
distribution suffers from severe interference terms , while wavelet scalogram has low time-frequency
concentration. A time-frequency fusion algorithm
based
on
Wigner-
飞
Tille
distribution
and
wavelet scalogram was proposed
here almmg at eliminating interference terms
and
keeping good resolution. Simulation study showed that the time-
frequency fusion algorithm is effective in suppressing the interference terms while
it
keeps high resolution
in
time
and
frequency plane , and
it
also inhibits
the
distUrbance of weak noise. The comparison of the proposed method with
Cohen
飞
idea of time-frequency analysis reveals that the fusion algorithm is superior. Applied in time-frequency representation of
bearing vibration signals
, the fusion algorithm eliminated intelference terms of time-frequency feature representation
and
kept good time-frequency aggregation ,
it
was shown that the proposed fusion algorithm is effective in time-frequency
feature extraction.
Key
words:
Wigner-
飞
lille
distribution; scalogram; interference
terms;
resolution; fusion
信号处理被广泛地应用于故障监测、医疗疾病诊
断和其它许多领域的特征提取和分类。传统的信号处
理以信号的平稳性为前提,只能从时域或者频域中反
映信号的特性,元法同时兼顾信号在时域和频域的局
部化特征和全貌,所以当在处理非线性、非平稳信号的
时候,时频分析方法就成为了一种重要工具
[1]
。
时频分析方法可以分为两大类:第一类是加窗的
时频变换方法,其主要原理是在傅里叶变换之前乘上
基金项目:国家自然科学基金资助项目
(50905121)
;江苏省自然科学基
金资助项目(
B
K2
010225
)
收稿日期
2011
-01 -20
修改稿收到日期
:2011
-03
一
15
第一作者龚海健男,硕士生,
1987
年生
通讯作者朱忠奎男,博士,副教授,
1974
年生
一个时间有限的窗函数,通过窗在时间轴上的移动从
而逐段分析信号,短时傅里叶变换加的是一个是刚性
窗,而小波变换则加的是一个柔性窗。这类时频变换
是可线性叠加的,所以不存在交叉项,但是它们的时频
分辨率差。第二类是双线性(科恩类)时频分布
[2]
其
原型是
WVD
。虽然
WVD
有很好的时频分辨率,但是
由于其内在的双线性结构,会不可避免地引人交叉项,
严重影响故障特征信息的提取。其它的双线性时频分
布都是在
WVD
上加核函数,通过核函数的设计来抑制
交叉项的同时也弱化了局部时频聚集性等多种性质,
比如:伪
Wigner-
飞
lille
分布(
PWVD)
、平滑伪
Wigner
飞
Tille
分布
(SPWV
町、
Choi-
Willams
分布
(CWD)
等等。
为了避免交叉项对信号特征表示的干扰且获得信