[发明专利]一种非平稳信号的时频谱结构特征提取方法

权利要求书

1.一种非平稳信号的时频谱结构特征提取方法，其特征在于，该方法采用所构造的特征截面函数对非平稳信号的三维时频谱结构进行特征分析；

该方法包括以下步骤：

S1：利用时频谱分析算法计算获得所述非平稳信号的时频谱图，对所获时频谱图按强度进行归一化处理；

S2：根据信号特征提取的具体需求和目的、结合频谱强度时域分布的三维特征，设计构造位势特征截面函数；

S3：将位势特征截面函数施用于非平稳信号的时频谱图，截取并获得相应的位势特征截面图；

S4：对所获位势特征截面图进行二值化处理，可获得位势特征二值切片图。

2.根据权利要求1所述的一种非平稳信号的时频谱结构特征提取方法，其特征在于，所述步骤S1中对非平稳信号的时频分析方法包含但不限于短时傅里叶时频变换、小波时频变换；可选的，对非平稳信号时频分析所获时频谱图按强度进行归一化处理。

3.根据权利要求2所述的一种非平稳信号的时频谱结构特征提取方法，其特征在于，所述步骤S1对非平稳信号短时滑动窗口时频分析，形成归一化三维时频谱后，所述检测提取方法的非平稳信号预处理完成，所述非平稳信号短时滑动窗口时频转换表达式为：

Non-signalT_x(τ,f，P)＝∫x(t)[γ·Y^*(t-τ)]dt

Non-signalT_x(τ,f，P_nor)＝P/P_MAX

式中，τ为短时平移系数，f为信号时域频率，P为信号短时能量，P_nor为归一化信号短时能量，P_MAX为P最大能量，x(t)为非平稳信号，γ为窗函数因子，Y^*(t)为设计自定义窗函数；

所述设计自定义窗函数为Y^*(t)，适用于短时傅里叶变换、小波变换、希尔伯特黄变换的优化型时频变换。

4.根据权利要求1所述的一种非平稳信号的时频谱结构特征提取方法，其特征在于，所述步骤S2中构造位势特征截面函数，根据三维时频谱的结构呈现的特征、以及信号检测的需要，引入设计构造的位势特征截面函数，不失一般性，位势特征截面函数为曲面函数，函数定义域与所述时频谱图一致，曲面函数各时频点对应的取值为截面函数的位势值；

可选的，针对一种非平稳信号的时频谱结构特征提取根据需要构建一组位势特征截面函数，最终利用该方法获得一组对应不同的时频谱结构特征；

可选的，位势特征截面函数选为等位势的平面函数；

所述位势特征截面函数为曲面函数根据特征检测和提取的精度、复杂性自定义选择，特征截面函数截取后的断面空间数据集作为下一步的检测提取输入。

5.根据权利要求1所述的一种非平稳信号的时频谱结构特征提取方法，其特征在于，所述步骤S3将位势特征截面函数施用于非平稳信号的时频谱图，截取并获得相应的位势特征截面图，即为使用步骤S2中引入设计构造的位势特征截面函数或函数组，对步骤S1所获时频谱图进行截取，所述具体截取过程包括以下步骤：

S31：根据非平稳信号三维时频谱选取有限N个目标时频特征点(τ_i,f_i,,P_nori)，0＜τ＜t，0＜f＜f_max，P_MIN＜P_nor＜P_MAX，i＝1,2,3...N其中(τ_i,f_i,,P_nori)为时频特征区域代表点值；

S32：根据目标时频特征点(τ_i,f_i,,P_nori)，结合需求设计自定义特征截面函数组，函数组设计公式如下：

S33：逐个目标时频特征点的计算函数组，获得位势特征截面；

S34：重复依次执行所述步骤S32和所述步骤S33，直至所述步骤S32中所有时频特征区域代表点N特征截面函数组结果计算完毕。

6.根据权利要求1所述的一种非平稳信号的时频谱结构特征提取方法，其特征在于，所述步骤S4对所获位势特征截面图进行二值化处理，特征截面函数截取后的断面空间二值化映射到二维时频谱图输出，所述具体输出过程包括以下步骤：

S41：把i＝1时代入，特征截面函数截取特征点(τ_i＝1,f_i＝1,,P_nor1)所在时频平面，时频平面中有M个特征截面断面：

S42：时频平面中的M个特征截面断面中，min[(τ_i＝1×f_i＝1)_{M＝1，2,3...N}]取值最小，M＝min时，进行断面空间二值化：

S43：把i＝1,2,3...N逐个代入，按照S41和S42计算，并将各个特征截面断面空间二值化映射到二维时频谱图输出：

Non-signalT_x(τ,f)＝Non-signalT_x＝min[(τ_i＝1,f_i＝1)∪(τ_i＝2,f_i＝2)∪...(τ_i＝N,f_i＝N)]。