如何检测欠阻尼谐波信号?

信息处理 信号检测 检测
2022-02-17 14:27:19

我想问一下在一组超声数据中检测欠阻尼谐波信号的存在和开始(不多也不少)的最简单方法是什么。我有一些以二维图像形式呈现的采集数据,其中垂直轴与时间相关。我需要检测的欠阻尼谐波信号看起来像这里,但它当然是有噪声的。

我想自动检测这种信号的存在。目前我已经开发了算法,它计算图像的每条垂直线的短时傅里叶变换,为每个短时窗口收集五个最常用频率的值,并选择具有最谐波性质的垂直线 - 最重复频率。不幸的是,在这个解决方案中,每次选择一条线。我可以肯定地使用某种阈值,但我认为这不是一个好的解决方案。然而,这不是最重要的问题——我的算法计算哪条线路具有欠阻尼的谐波信号,而不是从哪里开始。第二个问题是这个解决方案对于我的目的来说太慢了——每秒 20 次。

我试图进行自己的研究,但是像卡尔曼滤波器或最小二乘法估计之类的解决方案,在我看来,这就像试图用坦克杀死蚂蚁一样——我需要更小口径的方法。目前我不需要知道信号的特征,比如角频率和幅度的值。

任何想法信号处理社区?提前致谢。

1个回答
  1. 首先,使用适用于非平稳信号的技术对波形进行降噪。诚然,信号的频谱不会随时间发生太大变化。为此目的,有有效的迭代去噪算法,例如基追踪去噪[1]。但根据非平稳性的严重程度,即使是简单的低通滤波器也可能就足够了。

  2. 由于您的记录主要是振荡的,因此当您的信号的连续峰值幅度较低时,欠阻尼信号有效地开始。使用您的去噪平滑信号,尝试获取局部极值。这可以通过查看一阶导数或离散差来实时完成。提取极值后,使用极值的值,您可以构造信号包络。根据经验,您可以确定如果包络正在衰减,则它表示欠阻尼行为的起点。

傅里叶和短时傅里叶变换在这个问题上可能没有那么有效,因为您正在寻找指数衰减特征,这是一个时间特征。

[1] Chen、Scott Shaobing、David L. Donoho 和 Michael A. Saunders。“通过基础追求进行原子分解。” SIAM 科学计算杂志 20.1 (1998): 33-61。