[发明专利]一种基于直方图距离的突变信号检测方法

说明书

本发明提供一种基于直方图距离的突变信号检测方法，所述方法包括以下步骤：(1)采集原始信号；(2)分割信号，将原始信号以k点为分界点分为两个窗口段；(3)计算两个窗口段的相对频率直方图；(4)获取两个窗口段的相对频率直方图距离；(5)确定突变点，移动两相邻窗口段，找出直方图距离最大的点，将该点的对应时间视为信号突变时间。本发明能准确、快速识别信号发生突变的时间，解决了现有突变信号检测方法检测精度低、稳定性差问题，适用于故障诊断、地质学等多种领域。

技术领域

本发明涉及信号检测技术领域，尤其涉及一种基于直方图距离的突变信号检测方法。

背景技术

突变信号中的突变点经常携带重要的信息，是信号重要的特征之一。在机械故障诊断领域，信号突变点往往表示故障的产生。在地质学领域，地震信号在P波、S波到达时会产生突变。然而，在实际环境中，由于背景噪声过大，或者信号本身比较微弱，很难对信号突变时间做出准确的判断。这对信号的处理和后续工作带来了影响。因此，准确识别信号突变时间具有重要意义。

现有的突变信号检测的方法包括基于赤池信息准则(AIC)方法，时窗能量法等。然而，赤池信息方法对低信噪比信号处理效果不理想，并且突变点难以确定，容易产生误判；时窗能量法窗口选择对信号处理影响过大，同样也不适用于低信噪比情况。

发明内容

为了解决不同信噪比环境下突变信号检测精度低、稳定性差等问题，本发明提出一种基于直方图距离的突变信号检测方法。本方法具有效率高、判断准确的特点，克服了窗口选择带来的问题，可应用于多种领域和不同信噪比的信号，例如机械加工监测和地震信号拾取。

本发明提供一种基于直方图距离的突变信号检测方法，所述方法包括以下步骤：

(1)采集信号：以符合香农采样定理的采样频率来采集时域信号；

(2)分割信号：对含有n个元素的原始离散信号进行分割，将原始信号分割成任意两相邻窗口段，记为窗口段Interval1和窗口段Interval2：窗口段Interval1包含从第1个到第k个元素，窗口段Interval2包含从第(k+1)个到第n个元素；

(3)计算窗口的相对频率直方图：定义信号时间序列直方图并计算相邻两段信号直方图；

(4)获取两窗口段相对频率直方图距离：定义直方图距离，其中B(h^A,h^B)是直方图h^A与直方图h^B之间巴氏系数，记为：d_B(h^A,h^B)为直方图h^A与直方图h^B的直方图距离；

(5)确定突变点：根据d_B(h^A,h^B)的定义，滑动k点，即移动两个相邻窗口段Interval1和窗口段Interval2，找出直方图距离最大的点，并将该点的对应时间视为信号突变时间。

步骤(3)中计算窗口的相对频率直方图包括以下步骤：

(3.1)定义直方图：定义为窗口直方图，其中

(3.2)计算直方图：根据公式，计算生成两个窗口段的相对频率直方图：其中为第i个直方中样本的概率，为属于[x_i,x_i+1]区间的元素数量，n是离散信号中的元素数量。

本发明的有益成果为：

(1)本发明改进了算法流程，通过移动窗口段来代替传统的窗口分段方式，有效解决了传统算法由于窗口选择带来的问题，方法更具有实用性。