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-、连续小波时频图绘制原理 1.需要用到的小波工具箱中的三个函数 cwt(),centfrq(),scal2frq() COEFS = cwt(S,SCALES,'wname') 说明:该函数能实现连续小波变换,其中S为输入信号,SCALES为尺度,wname为小波名称。 FREQ = centfrq('wname') 说明:该函数能求出以wname命名的母小波的中心频率。 F = scal2frq(A,'wname',DELTA) 说明:该函数能将尺度转换为实际频率,其中A为尺度,wname为小波名称,DELTA为采样周期。 注:这三个函数还有其它格式,具体可参阅matlab的帮助文档。 2.尺度与频率之间的关系 设a为尺度,fs为采样频率,Fc为小波中心频率,则a对应的实际频率Fa Fa=Fc×fs/a (1) 显然,根据采样定理,为使小波尺度图的频率范围为(0,fs/2),尺度范围应为(2*Fc,inf),其中inf表示为无穷大。在实际应用中,只需取尺 度足够大即可。 3.尺度序列的确定 由式(1)可以看出,为使转换后的频率序列是一等差序列,尺度序列必须取为以下形式: c/totalscal,...,c/(totalscal-1),c/4,c/2,c (2)其 中,totalscal是对信号进行小波变换时所用尺度序列的长度(通常需要预先设定好),c为一常数。 下面讲讲c的求法。 根据式(1)容易看出,尺度c/totalscal所对应的实际频率应为fs/2,于是可得 c=2×Fc/totalscal (3)将 式(3)代入式(2)便得到了所需的尺度序列。 4.时频图的绘制 确定了小波基和尺度后,就可以用cwt求小波系数coefs(系数是复数时要取模),然后用scal2frq将尺度序列转换为实际频率序列f,最后结合时 间序列t,用imagesc(t,f,abs(coefs))便能画出小波时频图。 注意:直接将尺度序列取为等差序列,例如1:1:64,将只能得到正确的尺度-时间-小波系数图,而无法将其转换为频率-时间-小波系数图。这是因为此时的频率间隔不为常数。此时,可通过查表的方法将尺度转化为频率或直接修改尺度轴标注。同理,利用本帖所介绍的方法只能得到频率-时间-小波系数 图,不能得到正确的尺度-时间-小波系数图。二、应用例子 下面给出一实际例子来说明小波时频图的绘制。所取仿真信号是由频率分别为100Hz和200Hz的两个正弦分量所合成的信号。 clear; clc; fs=1024; %采样频率 f1=100; f2=200; t=0:1/fs:1; s=sin(2*pi*f1*t)+sin(2*pi*f2*t); %两个不同频率正弦信号合成的仿真信号 %%%%%%%%%%%%%%%%%小波时频图绘制%%%%%%%%%%%%%%%%%% wavename='cmor3-3'; totalscal=256; %尺度序列的长度,即scal的长度 wcf=centfrq(wavename); %小波的中心频率 cparam=2*wcf*totalscal; %为得到合适的尺度所求出的参数 a=totalscal:-1:1; scal=cparam./a; %得到各个尺度,以使转换得到频率序列为等差序列 coefs=cwt(s,scal,wavename); %得到小波系数 f=scal2frq(scal,wavename,1/fs); %将尺度转换为频率 imagesc(t,f,abs(coefs)); %绘制色谱图 colorbar; xlabel('时间 t/s'); ylabel('频率 f/Hz'); title('小波时频图');说 明:(1)应用时只须改变wavename和totalscal两个参数即可。 (2)在这个例子中,最好选用复的morlet小波,其它小波的分析效果不好,而且morlet小波的带宽参数和中心频率取得越大,时频图上反映的时频聚集性越好。
[c,l]=wavedec(y1,3,'db1'); %小波分解采用db1函数3层分解
a3=appcoef(c,l,'db1',3); %提取一维小波低频系数
d3=detcoef(c,l,3); %提取一维小波高频系数
d2=detcoef(c,l,2); d1=detcoef(c,l,1);
小波变换中尺度与频率的关系: fa=(f0/a).Ts
其中:fa:信号模拟频率;
f0:小波的频窗中心频率;
a:尺度参数;
Ts:采样间隔。
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对信号进行连续小波变换后,小波尺度a与其对应的信号频率Fa之间的关系式为Fa=Fc/(a*Ts) =Fs*Fc/a 其中Fc为给定小波的中心频率,Ts为信号的采样周期。Fc与具体的小波有关,如对多贝西小波(db小波),有如下关系:
小波db2 db3 db4 db5 db6 db7
中心频率0.6667 0.8 0.7143 0.6667 0.7273 0.6923
问题是:对这个中心频率如何准确理解?