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针对非线性信号特征提取问题，提出一种基于平稳小波变换的相空间重构方法。对信号进行多层平稳小波分解，利用得到的不同尺度小波系数进行相空间重构，通过局部切空间变换方法提取蕴涵在相空间高维数据集中信号的低维形态特征。仿真试验结果表明，非线性信号经过平稳小波变换后，吸引子轨迹与原有轨迹具有相似的结构。利用局部切空间变换可获得带有高斯白噪声的非线性信号的低维形态特征，该低维形态特征与原有非线性信号的吸引子轨迹相似。这种相空间重构方法较传统的方法具有一定的优势，可以用于提取含有噪声的机械振动信号的故障特征。