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EMD信号处理方法在LabVIEW和MATLAB中的实现

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图 1 EMD 方法的流程图
2 EMD 信号分析方法的实现过程
2. 1 LabV IEW 中调用 M ATLAB的方法 在 LabV IEW 中调用 MATLAB 应用程序 ,主要
有两种实现方法 。一种是使用 ActiveX函数模板来 实现 ,另一种是直接调用 MATLAB Scrip t节点来实 现。
第 2期 付 瑶等 : EMD 信号理方法在 LabV IEW 和 MATLAB中的实现
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右键 , Functions Palette 的 M athematics → Scrip ts & Formulas→ Scrip t Nodes →MATLAB Scrip t Node[ 4 ] 。 MATLAB Scrip t节点的使用有两种方式 ,既可以打 开该节点直接在框图内书写 MATLAB 程序代码 ;也 可以将已经写好的 MATLAB 程序导入节点中 ,这时 需在该节点上单击鼠标右键 ,在弹出的菜单中选取 “ Import…”,在弹出的对话框中选择要导入的文件 。 LabV IEW 与 MATLAB Scrip t节点之间数据的交换可 以通过为 MATLAB Scrip t节点增加输入输出端子来 实现 ,右键单击边框 ,选择“Add Input”或“Add Out2 put”。这样数据就可以通过 LabV IEW 与 MATLAB 接口传递给 MATLAB 应用程序 ,完成对信号的分析 和处理 ,然后再将处理完成的结果返回给 LabV IEW 并显示出来 。LabV IEW 与 MATLAB 间的调用关系 以及数据传递可以通过图 2清晰地表达 [ 5 ] 。
⑤将 c1 从 x ( t)中分离出来 ,得到
r1 = x ( t) - c1
(2)
将 r1 作为原始数据重复步骤 ①～④,得到 x ( t)
的第 2个满足 IM F条件的分量 c2 ,重复循环 n次 ,得
到信号 x ( t)的 n 个满足 IMF条件的分量 。这样就
有
r1 - c2 = r2
r2 - c3 = r3
(3)
⁝
rn - 1 - cn = rn 当 rn 成为一个单调函数不能再从中提取满足 IM F条件的分量时 ,循环结束 。这样由式 ( 2 )和式 ( 3 )得到
n
x ( t) = ∑ci + rn i=1
式中 , rn 称为残余函数 ,代表信号的平均趋势 。 EMD 的分解过程其实是一个“筛分 ”过程 ,在 “筛分 ”的过程中 ,不仅消除了模态波形的叠加 ,而 且使波形轮廓更加对称 。 EMD 方法从特征时间尺 度出发 ,首先把信号中特征时间尺度最小的模态分 离出来 ,然后分离特征时间尺度较大的模态函数 ,最 后分离特征时间尺度最大的分量 ,可以把 EMD 方法 看成是一组高通滤波器 。 如图 1所示为整个“筛分 ”过程的流程 [ 3 ] 。 分解过程中多次应用了 3 次样条插值 ,使得信 号两端点附近出现大的失真 ,严重时可能使后续分 解失去继续研究的意义 ,即所谓的“端点效应 ”,所 以在进行 EMD 分解后还要进行必要的端点效应抑 制处理 。
①确定信号的所有的局部极值点 , 然后用 3 次 样条线将所有的局部极大值点连接起来形成上包络 线。
②再用 3次样条线将所有的局部极小值点连
接起来形成下包络线 , 上下包络线应该包络所有的
数据点 。
③上下包络线的平均值记为 m 1 ,求出
x ( t) - m 1 = h1
(1)
理想地 ,如果 h1 是一个 IM F,那么 h1 就是 x ( t)
关 键 词 : LabV IEW ; MATLAB;信号处理 ; EMD 中图分类号 : TP 311 文献标识码 : A
Rea liza tion of EMD signa l processing m ethod in LabV I EW and M ATLAB
FU Yao,WANG Hong2jun,WU Guo2xin
LabV IEW 是美国 National Instrum ents公司推出
的虚拟仪器开发平台软件 ,它对于一般信号的分析 处理方便 ,但是不能完全提供用户所需要的驱动程 序和调用系统程序实现底层操作 , 不擅长完成大量 数据处理的任务 。因此对于一些虚拟仪器中需要进 行大量数据运算处理的复杂应用就显得有些力不从 心 [1]。
EMD 信号处理方法在 LabV I EW 和 M ATLAB中的实现
付 瑶 ,王红军 ,吴国新
(北京信息科技大学 机电工程学院 ,北京 100192)
摘 要 :经验模态分解方法 ( EMD )在非平稳信号的分析和处理中起着重要的作用 ,为了 能够方便的使用 EMD 方法对信号进行处理 ,现将 LabV IEW 虚拟仪器开发平台良好的用户图形界 面和 MATLAB 软件强大的数值分析功能相结合 ,利用 LabV IEW 调用 MATLAB 实现 EMD 信号处理 方法 。仿真结果表明对信号进行 EMD 分解后 ,使得瞬时频率具有了物理意义 ,但只是对信号进行 了初步处理 ,可根据实际需要进行相应后续处理 。
第
23卷 第 2期 2008年 6月
北 京 Jou rna l
机械工业学 of Beijing Institute
院 学 报 Vol. 23 No.
of M achinery
Jun. 2008
2
文 章 编 号 : 1008 - 1658 (2008) 02 - 0023 - 05
( School of Electromechanical Engineering, Beijing Information Science and Technology University, Beijing 100192, China)
Abstract: Emp irical mode decomposition is an important method for analyzing non2stationary signal. LabV IEW virtual instrument is perfect in computer2user graphical interfaces while MATLAB software has powerful compute ability to callMATLAB to realize EMD analysis in LabV IEW. The two are combined to make EMD p rocessing convenient. The sim ulation result indicates that the EMD analysis makes instanta2 neous frequency physically significant, but it is only the beginning of p rocessing and can be imp roved ac2 cording to the requirem ent.
收稿日期 : 2008 - 05 - 23 基金项目 :北京市自然科学基金项目 (3083019) ;北京市自然科学基金项目 (3062008) 作者简介 :付 瑶 (1981 - ) ,女 ,吉林梨树人 ,北京信息科技大学机电工程学院硕士研究生 ,主要从事机械故障诊断及预测方面的研究 。
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北京机械工业学院学报 第 23卷
MATLAB 软件为工程计算领域提供了准确 、高 效的多种功能的工具箱 ,在信号和图像处理等领 域具有无可比拟的优势 。但是 , MATLAB 的人机交 互界 面 、数 据 采 集 功 能 较 差 。通 过 LabV IEW程 序 接口函数来调用 MATLAB 软件中强大的数据处理 软件包 ,使软件平台具有更强的数据处理能力 ,用
假设 :任一信号都是由若干内禀模态函数组成 的 ,任何时候 ,一个信号都可以包含许多内禀模态函 数 ,如果内禀模态函数之间相互重叠 ,便形成复合信 号 。对于内禀模态函数 ,可以用 H ilbert变换构造解 析信号 ,然后求出瞬时频率 。而对于一般的不满足 内禀模态函数条件的复杂信号 ,先要采用 EMD 方法 将其分解 。 EMD 方法将一个复杂的信号分解为若 干个内禀模态函数之和 ,它基于一个基本假设 ,任何 复杂的信号都是由一些不同的内禀模态函数组成 , 每一个内禀模态函数不论是线性或是非线性的 、非 平稳的 ,都具有相同数量的极值点和过零点 ,在相邻 的两个过零点之间只有一个极值点 ,而且上下包络 线关于时间轴局部对称 ,任何两个模态之间是相互 独立的 ;任何时候 ,一个信号都可以包含许多内禀模 态函数 ,如果模态函数相互重叠 ,便形成复杂信号 。 在此假设基础上 ,可以采用 EMD 方法通过下面的步 骤对任何信号 x ( t)进行分解 [2 ] 。
② MATLAB Scrip t节点具有多输入 、多输出的 特点 ,可以一次处理较大的信息量 。MATLAB 脚本 可以先在 MATLAB 环境下调试 ,运行无误后再导入 到 MATLAB Scrip t节点中 。MATLAB Scrip t节点对 输入 、输 出 数 据 的 类 型 有 明 确 的 要 求 , 只 有 Lab2 V IEW 中的数据类型与 MATLAB 中的数据型相匹 配 ,才能进行数据传输 。使用 MATLAB Scrip t节点 的方法快捷方便 ,但不利于较大的应用程序开发 。 当需要使用时 ,可将其模块化 ,采用主程序动态加 载。
①使用 ActiveX 函数模板对 MATLAB 有很强 的控制 能力 。可 以 随 时 打 开 和 关 闭 MATLAB , 与 MATLAB 进行字符数组传输 。但是在使用 ActiveX 函数模板时 , 经常会遇到数据类型的转换以及在 LabV IEW 顺序结构中不提供使用 ActiveX 等问题 , ActiveX函数模板适于较大的应用程序开发 。
LabV IEW 设计用户图形界面 ,负责数据采集和网络 通信 ;由 MATLAB 在后台提供算法供 LabV IEW 调 用。

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在LabVIEW中应用MATLAB进行信号处理

在LabVIEW中应用MATLAB进行信号处理

在LabVIEW 中应用MAT LAB 进行信号处理张志平　刘正平(华东交通大学机电工程学院,南昌330013)摘　要:介绍了LabVIEW 及M AT LAB 语言的优缺点及在LabVIEW 中如何调用M AT LAB 应用程序进行信号处理的方法及注意事项。

关键词:信号处理;LabVIEW;M AT LAB中图分类号:TP311152 文献标识码:A 文章编号:167224984(2004)0420077202Using MAT LAB to process signal in LabVIEWZH ANG Zhi 2ping ,LI U Zheng 2ping(S ch ool o f M echanical and E lectr onical E ngineering ,E ast China Jia otong University ,Nanchang 330013,China )Abstract :This paper basically introduced the functions and the features of LabVIEW language and MAT LAB language ,and introduced how to call the application program of MAT LAB to process signal in LabVIEW 1K ey Words :Signal Processing ;LabVIEW ;MAT LAB收稿日期:2003212222;收到修改稿日期:20042022131　引　言在故障诊断中,必须进行故障信号采集与分析。

信号采集可用相关的仪器设备(如数据采集器等)进行,对采集到的信号进行常规分析时,可以使用仪器本身附带的分析软件进行。

众所周知,MAT LAB 具有强大的信号分析与图像处理功能,因此,要对采集到的信号进行复杂的分析,往往借用MAT LAB 强大的信号分析功能。

经验模态分解(EMD)在地球物理资料中的应用(附MATLAB程序)

经验模态分解(EMD)在地球物理资料中的应用(附MATLAB程序)

经验模态分解(EMD)在地球物理资料中的应用(附MATLAB程序)摘要经验模态分解(EMD)是由Huang等人提出的一种新的分析非线性、非平稳信号的方法。

本文研究经验模态分解原理及其在地球物理资料中的应用。

首先研究经验模态分解的基本原理和算法，对地球物理资料（地震资料，重磁资料）进行EMD分解试验分析，然后研究基于...<P>摘&nbsp; 要<BR>经验模态分解(EMD)是由Huang等人提出的一种新的分析非线性、非平稳信号的方法。

本文研究经验模态分解原理及其在地球物理资料中的应用。

首先研究经验模态分解的基本原理和算法，对地球物理资料（地震资料，重磁资料）进行EMD分解试验分析，然后研究基于EMD的Hilbert变换原理及其在提取地震属性信息中的应用，对实际地震时间剖面和时间切片进行EMD时频分析试验。

<BR>本文的方法研究和数据试验分析表明：经EMD分解变换得到的IMF序列是直接从原始时序数据中分离出来的,事先无需确定分解阶次,能更好反映原始数据固有的物理特性,每阶IMF序列都代表了某种特定意义的频带信息；EMD分解获得的IMF序列具有稳态性,对IMF进行Hilbert变换，就可以得到单个固有模态函数的瞬时振幅、瞬时相位和瞬时频率，这些信息可以清楚的显示信号的时频特征；EMD分析方法用于分解地球物理资料和作时频分析是有效的。

<BR>关键词：经验模态分解；地球物理；Hilbert变换；固有模态函数；时频分析<BR>&nbsp;<BR>ABSTRACT<BR>Empirical Mode Decomposition(EMD), which was developed by huang, is a new method to analyse nonlinear and nonstationary signals. In this paper, we study the theory of EMD and its applications in handling geophysical data. Firstly, we introduce the theory and the Methodology about EMD ,then we will use this method to analyse the geophysical information, including the g ravity anomaly data and seism’s data. Based on the EMD, we will study the theory of the Hilbert transform, and then use it to obtain the images,from which we can deal with the seism’s slice by time- frequency analysis in order to distill the seism’s information. <p class='Omx379'></p> <BR>The studying of EMD and the data testing in this paper indicate: intrinsic mode functions(IMF) is comes from the original signal by the EMD, in this course, we need not fix on the Decomposition number and would not influenced by some men’s factors. Every intrinsic mode function stand for some given information and can reflect theintrinsic physical Information very well. Meantime, take the IMF for Hilbert transform, then we can get the IMF’ frequency and the amplitude, which can show the signal’s characteristics very clearly. So it is very useful to use the EMD to study the geophysical data.<BR>Key words: Empirical Mode Decomposition; geophysics; Hilbert transform; <BR>intrinsic mode function; time- frequency analysis <p class='Omx379'></p> </P><P>目前，信号处理[1]方法主要有傅立叶变换、小波变换等，这些方法在处理线性、平稳的信号时，具有简单、效率高等优点，然而，在实际的地球物理数据测量中，许多信号是非平稳的或非线性的，如果在处理这些信号时，仍假设数据是平稳或线性的，会使我们得到错误的分析结果，为了正确有效地分解非平稳信号，本文研究一种新的方法，即经验模态分解(EMD) [2]，该方法是由Huang等人提出的一种新的分析非线性、非平稳信号的方法。

基于LabVIEW的EMD降噪软件设计与实现

基于LabVIEW的EMD降噪软件设计与实现

基于LabVIEW的EMD降噪软件设计与实现孙飞;张鹏;连德浩【摘要】在复杂环境数据采集过程中,原始数据常常混有若干外界噪声,为提高信号特征提取的准确性,基于虚拟仪器技术设计并实现了经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)算法,根据相关分析法筛选有效基本模式分量(Intrinsic Mode Function,IMF)完成测量信号的降噪处理,并设计仿真信号对软件降噪效果进行验证.验证结果表明,所设计软件可有效去除原始信号噪声,可靠性较好.【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2016(035)008【总页数】3页(P18-19,22)【关键词】数据采集;经验模态分解;虚拟仪器技术;降噪【作者】孙飞;张鹏;连德浩【作者单位】西南科技大学信息工程学院,四川绵阳621010;西南科技大学信息工程学院,四川绵阳621010;西南科技大学信息工程学院,四川绵阳621010【正文语种】中文【中图分类】TP391在实际信号采集过程中，原始信号容易受到复杂环境噪声的干扰，增加后期信号特征提取难度。

因此，选择有效降噪算法对测量信号的降噪预处理显得尤为重要。

经验模态分解(Empirical Mode Decomposition，EMD)作为信号时频分析的重要手段，在非平稳信号处理方面相比其他方法具有较好的优越性，本文利用LabVIEW开发工具，根据EMD降噪原理，设计针对复杂非平稳信号的降噪处理软件，并构建仿真信号对其降噪效果进行验证。

EMD是一种与小波变换相类似的信号分解方法，对于非平稳信号，它相比其他类信号处理方法有较强的优越性。

假设原始信号为x(t)，它采用“筛选”的模式对所分析信号进行分解，具体过程如下[1]：(1)取其上下包络局部均值组成的序列m(t)，则h1(t)=x(t)-m1(t)(2)从原始信号中“筛选”出IMF信号，得到剩余信号r1(t)，如式(2)所示。

EMD包络谱在虚拟仪器诊断系统中的实现及应用

EMD包络谱在虚拟仪器诊断系统中的实现及应用

EMD包络谱在虚拟仪器诊断系统中的实现及应用李贵子;楼军伟【摘要】经验模态分解非常适合于非平稳、非线性信号的分析,Labview和Matlab在工程中使用较广,三者的有机结合在工程中具有广阔的应用前景。

为此,将Labview和Matlab优势互补,采用Matlab Script节点技术混合编程在虚拟仪器中实现EMD( empirical mode decomposition)包络谱分析。

实例应用结果表明Labview开发的系统主界面具有良好的人机交互和强大的图形显示界面,Labview中调用Matlab提供的EMD包络谱程序能准确、快速识别正常和故障轴承特征频率,针对不同信号选择不同分解层数时程序修改简单方便。

%Empirical mode decomposition is very suitable for analysing non-stationary and nonlinear signal. Labview and Matlab are widely used in engineering. If three ones above are integrated organical y,it is of three have a broad application prospects in engi-neering. For this reason, Labview and Matlab advantages are complemented. This paper uses Matlab script node technology to im-plement EMD( Empirical Mode Decomposition) envelope spectrum analysis in virtual instrument by hybrid programming. Application result shows the system main interface developed by Labview has a good human-computer interaction and powerful graphical display interface, The characteristic frequencies of normal bearing or fault bearing are accurately and quickly recognized on the envelope spectrum display in Labview provided by Matlab. The program is convenient to modify the chosen different decomposition layers.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】4页(P205-207,222)【关键词】Labview;Matlab;Matlab Script;EMD包络谱;混合编程【作者】李贵子;楼军伟【作者单位】甘肃省机械产品检测与技术评价重点实验室，甘肃兰州730302;兰州理工大学机电工程学院，甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TP277.30 引言N.E.Huang[1]等人在1998年提出的经验模态分解能对信号进行多尺度分解为多个内禀模态函数(intrinsic mode function,简称IMF),与小波变换相比,无须预先设定任何基函数,是一种自适应的方法,非常适合于非平稳、非线性信号的分析,已广泛应用于齿轮[2]、轴承[3]等的故障诊断中。