时序分解 | Matlab实现EEMD集合经验模态分解时间序列信号分解

本文介绍了一种改进的EEMD算法在信号去噪中的应用,通过与传统EMD算法对比,提出的方法能有效提高信号去噪的稳定性和效果。通过仿真实验验证了EEMD在去除不同类型噪声信号中的优势。

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🔥 内容介绍

1. 绪论

信号去噪是信号处理中的一个重要课题,其目的是从含有噪声的信号中提取出有用信号。近年来,经验模态分解(EMD)算法因其在信号去噪方面的优异性能而备受关注。然而,传统EMD算法存在分解结果不稳定、易受噪声影响等问题。为了克服这些问题,本文提出了一种基于总体平均经验模态分解(EEMD)算法的信号去噪方法。

2. EEMD算法原理

EEMD算法是EMD算法的改进算法,其基本思想是通过添加白噪声来提高EMD算法的分解稳定性。具体步骤如下:

3. EEMD算法的信号去噪应用

EEMD算法可以有效地去除信号中的噪声。其具体步骤如下:

  1. 对含有噪声的信号进行EEMD分解,得到一组IMF和一个残余信号。

  2. 选择合适的IMF作为有用信号,并将其余的IMF和残余信号作为噪声。

  3. 将有用信号与噪声相减,得到去噪后的信号。

📣 部分代码

%%  清空环境变量warning off             % 关闭报警信息close all               % 关闭开启的图窗clear                   % 清空变量clc                     % 清空命令行%%  导入数据res = xlsread('数据集.xlsx');%%  划分训练集和测试集temp = randperm(357);P_train = res(temp(1: 240), 1: 12)';T_train = res(temp(1: 240), 13)';M = size(P_train, 2);P_test = res(temp(241: end), 1: 12)';T_test = res(temp(241: end), 13)';N = size(P_test, 2);%%  数据归一化[p_train, ps_input] = mapminmax(P_train, 0, 1);p_test  = mapminmax('apply', P_test, ps_input);t_train = ind2vec(T_train);t_test  = ind2vec(T_test );

⛳️ 运行结果

4. 仿真实验

为了验证EEMD算法的信号去噪性能,我们进行了仿真实验。实验中,我们使用EEMD算法对含有不同类型噪声的信号进行去噪。实验结果表明,EEMD算法能够有效地去除信号中的噪声,并且去噪后的信号质量优于传统EMD算法。

5. 结论

本文提出了一种基于EEMD算法的信号去噪方法。该方法能够有效地去除信号中的噪声,并且去噪后的信号质量优于传统EMD算法。实验结果表明,EEMD算法是一种有效的信号去噪方法,可以广泛应用于各种信号处理领域。

🔗 参考文献

[1]郑近德,程军圣,杨宇.改进的EEMD算法及其应用研究[J].振动与冲击, 2013, 32(21):7.DOI:10.3969/j.issn.1000-3835.2013.21.004.

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时间序列信号处理中,集成经验模态分解EEMD)是一种有效的时序分解方法,尤其适用于非线性、非平稳信号的分析。以下是一个基于 MATLABEEMD 实现代码,并附有绘制结果曲线的部分。 ### MATLAB 实现 EEMD 分解及结果可视化 ```matlab % 清空环境变量 clear; clc; close all; % 生成一个测试信号 fs = 1000; % 采样频率 t = (0:1/fs:1)'; % 时间向量 x = sin(2*pi*50*t) + 0.5*sin(2*pi*120*t); % 含有两个频率成分的信号 x = x + 0.5*randn(size(t)); % 添加高斯白噪声 % 设置 EEMD 参数 M = 100; % 集成次数 noise_std = 0.2; % 白噪声标准差 % 初始化 IMF 存储结构 imf_all = cell(M, 1); % 循环添加噪声并进行 EMD 分解 for i = 1:M x_noise = x + noise_std * randn(size(x)); % 添加白噪声 imf = emd(x_noise); % 调用 MATLAB 自带的 EMD 函数 imf_all{i} = imf; end % 对每次分解得到的 IMF 进行平均 num_imf = size(imf_all{1}, 2); % 获取 IMF 分量数量 imf_avg = zeros(size(imf_all{1})); for k = 1:num_imf for i = 1:M imf_avg(:, k) = imf_avg(:, k) + imf_all{i}(:, k); end imf_avg(:, k) = imf_avg(:, k) / M; end % 绘制原始信号分解后的 IMF 分量 figure; subplot(num_imf + 1, 1, 1); plot(t, x); title('原始信号'); for k = 1:num_imf subplot(num_imf + 1, 1, k + 1); plot(t, imf_avg(:, k)); title(['IMF ', num2str(k)]); end ``` ### 程序说明 - **信号生成**:该示例使用合成信号作为输入,包含两个正弦波叠加和高斯白噪声。 - **EEMD 分解**:通过多次添加不同噪声并执行 `emd` 函数实现集成经验模态分解。 - **结果可视化**:将每次分解得到的 IMF 分量进行平均,并绘制出原始信号与各 IMF 分量的时间域图像。 ### 注意事项 - MATLAB 中自带 `emd` 函数需要 Signal Processing Toolbox 支持。 - 在实际应用中,应根据具体信号调整噪声强度 `noise_std` 和集成次数 `M`。 - 若需进一步提取特征(如样本熵、能量熵等),可结合其他算法对 IMF 分量进行分析[^3]。 ---
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