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基于双树复小波变换的非平稳时间序列去趋势波动分析方法
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:物理学报
  • 时间:0
  • 页码:-
  • 分类:O211.67[理学—概率论与数理统计;理学—数学]
  • 作者机构:[1]郑州轻工业学院机电工程学院,郑州450002, [2]上海交通大学机械与动力工程学院,上海200240
  • 相关基金:国家自然科学基金青年科学基金(批准号:51205371,51405453,11202125); 国家科技支撑计划(批准号:2015BAF32B04,2014BAD08B00); 郑州轻工业学院博士启动基金(批准号:2013BSJJ033)资助的课题~~
  • 相关项目:基于多尺度leaders多重分形与多尺度约束PCA的汽车起重机主泵特征提取方法研究
中文摘要:

多重分形去趋势波动分析是研究非平稳时间序列非均匀性和奇异性的有效工具,针对该方法中趋势项难以确定的问题,提出一种基于双树复小波变换的方法,实现了非平稳信号的多重分形自适应去趋势波动分析.利用双树复小波变换提取信号的多尺度趋势和波动信息,通过小波系数的希尔伯特变换确定每个时间尺度不重叠子区间的长度,使多重分形分析具有信号自适应性及较高的计算效率.以具有解析形式分形特征的倍增级联信号和分数布朗运动时间序列为例验证本文方法的有效性,所得结果与解析解相吻合.与传统的多项式去趋势多重分形方法相比,本文方法根据信号自身特点自适应地确定信号的趋势和不重叠等长度子区间长度,所得结果更加精确.对倍增级联信号时间序列取不同的长度,验证了算法的稳定性.分别与基于极大重叠离散小波变换和离散小波变换多重分形方法进行比较,表明本文方法具有更精确的结果和更快的运算速度.

英文摘要:

Multifractal detrended fluctuation analysis is an effective tool for dealing with the non-uniformity and singularity of nonstationary time series.For the serious issues of the trend extraction and the inefficient computation in the traditional polynomial fitting based multifractal detrended fluctuation analysis,based on the dual-tree complex wavelet transform,a novel multifractal analysis is proposed.To begin with,as the dual-tree complex wavelet transform has the anti-aliasing and nearly shift-invariance,it is first utilized to decompose the signal through the pyramid algorithm,and the scaledependent trends and the fluctuations are extracted from the wavelet coefficients.Then,using the wavelet coefficients,the length of the non-overlapping segment on a corresponding time scale is computed through the Hilbert transform,and each of the extracted fluctuations is divided into a series of non-overlapping segments whose sizes are identical.Next,on each scale,the detrended fluctuation function for each segment is calculated,and the overall fluctuation function can be obtained by averaging all segments with different orders.Finally,the generalized Hurst index and scaling exponent spectrum are determined from the logarithmic relations between the overall detrended fluctuation function and the time scale and the standard partition function,respectively,and then the multifractal singularity spectrum is calculated with the help of Legendre transform.We assess the performance of the dual-tree-complex wavelet transform based multifractal detrended fluctuation analysis(MFDFA) procedure through the classic multiplicative cascading process and the fractional Brownian motions,which have the theoretical fractal measures.For the multiplicative cascading process,compared with the traditional polynomial fitting based MFDFA methods,the proposed multifractal approach defines the trends and the length of non-overlapping segments adaptively and obtains a more precise result,while for the traditional MFDFA method,for the negative orde

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876