基于Kaiser窗的分数阶Fourier变换与时频分析

作     者：卢恋 任伟新 王世东 LU Lian;REN Wei-xin;WANG Shi-dong

作者机构：合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009 深圳大学滨海城市韧性基础设施教育部重点实验室广东深圳518060 

出 版 物：《振动工程学报》 (Journal of Vibration Engineering)

年 卷 期：2023年第36卷第3期

页      面：698-705页

核心收录：

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 080401[工学-精密仪器及机械] 081304[工学-建筑技术科学] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51778204) 深圳市科创委资助项目(KQTD20180412181337494,JSGG20210802093207022,ZDSYS20201020162400001,GJHZ20200731095802007) 

主　　题：时变结构 分数阶Fourier变换 频谱泄漏 Kaiser窗 时频分布 

摘      要：分数阶Fourier变换作为传统Fourier变换的推广,与传统Fourier变换分析平稳信号类似,在实现对非平稳信号的时频分析过程中往往出现同样的频谱泄漏问题。为了提高分数阶Fourier变换与时频分析的精度,依据Kaiser窗可自由选择主瓣和旁瓣宽度的特性,提出一种基于Kaiser窗的分数阶Fourier变换算法,论述了Kaiser窗在分数阶Fourier变换中的作用原理,从理论上推导出一般信号基于Kaiser窗的分数阶Fourier变换解析时频表达式以及特性,最终得到非平稳信号的时频分布与时变结构参数识别算法。通过任意线性调频信号的仿真算例以及非平稳激励三层框架结构振动台试验,对结构进行瞬时频率识别和算法的验证。结果表明,瞬时频率识别值与理论值和试验结果吻合良好,Kaiser窗可以提高分数阶Fourier变换算法时频分析的精度,体现出该方法有一定的鲁棒性。