基于小波熵的变形信号分析方法研究

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现代变形监测技术的发展使变形信号趋于复杂化,海量的变形数据中含有丰富的信息。小波多分辨率分析是时频局部分析的有效工具,具有很强的非平稳特征捕捉能力;信息熵能实现信息的定量描述、对比和估计。本文将小波多分辨率分析与信息熵理论相结合,用于变形信号分析,为现代变形分析提供了一种有效方法。主要研究内容如下:将小波多分辨率分析后的小波系数进行粗粒化统计处理,结合信息熵理论,建立小波时间熵测度,探索该测度的参数优化与选取原则。通过仿真试验验证小波时间熵测度在对不同奇异性信号特征的探测能力,并将其用于GPS变形信号的奇异性探测。结果表明:小波时间熵测度将奇异点锁定在窗宽范围内,能够敏感的探测点位,但抗噪声能力有限。在奇异点处,熵值与频率和振幅变化率成正比,对于区域性振幅突变的信号,无法定量识别。该测度可用于实时动态变形信号的自动化奇异性检测。以小波能量为信息熵的概率分布列处理对象,构造基于多尺度的小波能量熵测度并讨论其实现过程中的参数选择方法,构造含有不同误差干扰的仿真信号验证小波能量嘀的特征信息探测能力,将其用于GPS变形信号的粗差探测,试验表明,小波能量熵则度亦可定量的识别不同突变程度的信号,对于弱信号探测不敏感,但有良好的抗噪声能力,可实现强噪声背景下的非线性变形信号特征提取。该测度不需先验数据和参数估计,能够探测出区域态、离散态和孤立态粗差,可进行实时变形信号粗差探测。将奇异值分解理论融入小波多分辨率分析和信息熵理论中,并建立小波奇异熵测度,通过变换变形信号的表达空间完成内部特征信息的准确提取,采用不同信息成分含量的仿真信号验证其复杂性分析能力,实验表明,信号成分越复杂,熵值越大。将小波奇异熵用于GPS台站稳定性分析,比较不同GPS连续运行观测站的小波奇异熵值,角定各个观测站各个方向的稳定性,为GPS误差改正模型的评价和模型参数的选取提共一定的参考。
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