【MATLAB 】 VMD 信号分解+希尔伯特黄变换+边际谱算法

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1  VMD分解算法

VMD 分解又叫变分模态分解,英文全称为Variational Mode Decomposition。

VMD是一种新型的信号分解方法,它是通过使用变分推断方法将信号分解为一组局部振动模式,每个模式包含多个频率组件。VMD的主要步骤如下:

  1. 将原始信号进行多次低通滤波,得到多个频带信号。
  2. 对每个频带信号进行变分推断,得到该频带信号的局部振动模式。
  3. 将所有频带信号对应的局部振动模式相加,得到原始信号的 VMD 分解。 VMD 分解具有以下优点:能够自动提取信号的局部特征,避免了传统分解方法中需要手动选择基函数的问题;能够处理非线性和非平稳信号,并且不会产生模态重叠的问题。因此,VMD 在信号处理、图像处理和模式识别等领域也得到了广泛的应用。

关于简短的代码视频教程均可关注B站、小红书、知乎同名账号(Lwcah)观看教程~

MATLAB 信号分解第七期-VMD 分解:

https://mbd.pub/o/bread/ZJWZmppu

信号分解全家桶详情请参见:

https://mbd.pub/o/author-aWWWnHBsYw==/work

2 希尔伯特黄变换

希尔伯特黄变换(Hilbert-Huang Transform,简称HHT)是一种新型的信号分析方法,能够有效地处理非线性、非平稳信号。

对每一个IMF进行希尔伯特变换,可以得到该IMF的解析解。解析解包括一个实部和一个虚部,这两个部分对应于IMF的瞬时频率和瞬时幅值。通过对所有的IMF进行希尔伯特变换,可以得到整个信号的希尔伯特谱。这个谱可以用来分析信号的频率和幅值随时间的变化情况。

希尔伯特黄变换的优点在于其完全自适应性,不需要预设任何参数。此外,该方法能够处理非线性、非平稳信号,因此在许多领域,如地球物理学、生物医学工程等,得到了广泛的应用。

3 边际谱算法

边际谱算法是一种分析非高斯、非线性信号的方法,它基于EMD(经验模式分解)和希尔伯特黄变换(Huang-Hilbert Transform)。

首先,通过EMD将信号分解成一系列固有模态函数(IMF),然后对每个IMF进行希尔伯特变换,得到瞬时频率和瞬时幅值。这些瞬时频率和瞬时幅值构成了信号的希尔伯特谱。

接着,对希尔伯特谱进行边际谱分析。具体来说,将希尔伯特谱的频率和幅值视为二维空间中的一个点,对所有点按照频率进行排序,然后对每个频率点的幅值求和,就得到了边际谱。

通过边际谱,我们可以得到信号在不同频率下的能量分布情况,从而对信号进行分析。这种方法特别适合于处理非高斯、非线性信号。

4 代码获取

如下为简短的视频操作教程。

算法代码获取:

https://mbd.pub/o/bread/ZJyXm59p

https://mbd.pub/o/bread/ZJyXm59r

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