基于matlab的Hilbert变换详解

作为学习HHT的的第二部分,第一部分emd分解可参见链接:

用matlab进行振动波形的emd分解

1、什么是希尔伯特变换

希尔伯特变换的物理意义十分简单:把信号的所有频率分量的相位推迟90度。因此又叫90°移相器,所以原始信号与它的希尔伯特变换构成正交副。

希尔伯特变换的数学表达

当然,我知道大家最感兴趣的是:把相位推迟90度有什么用?

答案是:希尔伯特变换可以用来做解调器,调幅、调频都能解。

希尔伯特变换的直观结果

2、希尔伯特变换能得到什么

我们构造一个信号 z(t)=x(t)+i*y(t),将该图像在三维空间中画出来,如图所示

信号的投影

补充:为什么通过瞬时相位求导可以定义为瞬时频率:从信号投影来看可以建立时间t和一个角度的极坐标方程,所以单位时间角度的变化就是角速度,而角速度与频率成倒数。

希尔伯特变换的最佳应用场景为窄带信号

这样,我们就利用希尔伯特变换从一个幅度、频率均被调制的调制波中把幅度、频率都解调了出来。

3、matlab实际演示

3瞬属性中的瞬时频率,很明显可以看出它有很多的"负频率"!这很明显是错误的。

所以,直接根据"解析信号"算瞬时频率是无意义的!

所以,真正做3瞬属性的分析,做原信号的"时频谱"分析,我们用的是:

—— 希尔伯特-黄变换(HHT)。HHT变换先将信号进行EMD分解,得到的是各个不同尺度的分量,对每一个分量进行Hilbert变换后得到的是有实际意义的瞬时频率。

举例如下:

希尔伯特-黄变换最初的理论是采用emd的经验模态分解,目前已经改进到采用ceemdan的模态分解方式


参考资料

【1】https://www.zhihu.com/question/30372795   希尔伯特变换将信号表示为复解析信号的物理意义是什么?

【2】https://www.jianshu.com/p/b591d95ae80b    一维离散希尔伯特变换实现与3瞬属性

【3】https://www.jianshu.com/p/3363abb64f32    离散数据希尔伯特-黄变换

【4】https://blog.csdn.net/yrlgg/article/details/79595859    傅里叶变换与希尔伯特变换

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