[發明專利]一種振動信號處理的諧波窗函數

無效

• 申請號: 200910262801.4
• 申請日: 2009-12-11
• 公開（公告）號: CN101709997A
• 公開（公告）日: 2010-05-19
• 發明（設計）人: 李舜酩;張袁元;雷衍斌
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明涉及信號后處理技術，屬于一種復雜振動信號處理新方法，適用于復雜振動信號的加窗分析。

背景技術

現代的復雜振動信號大多具有非平穩、強噪聲的特征。振動信號的分析，就是指從噪聲中提取有用信號、研究信號特征，進一步確定所測試結構目前所處狀態。復雜振動信號(諸如存在于裂紋故障診斷等檢測)的非平穩性增加了對結構故障進行有效診斷的困難，而強噪聲環境又淹沒了諸多有用的信號。因而，要確定結構的動態故障特征，需研究更加有效的信號分析方法。目前對于復雜振動信號的分析，在理論和應用上已取得了若干成果。常規的時域分析方法、頻譜分析方法和故障診斷方法能夠準確分析與診斷出若干導致故障的原因，在工業界已經取得若干滿意的成果。而對于非平穩的故障信號的識別，采用STFT、時頻分析或小波分析方法也能得到較好的解決。STFT是加了時間窗的傅立葉譜分析，但必須假定待定分析數據是分段平穩的，另一方面為了頻率精度又需窗口足夠長，就限制了STFT分析的應用。小波分析方法可以成功地進行非平穩信號的分析。為滿足高精度動平衡測量的要求，以提高不平衡量及其相位的提取精度為研究目標，利用諧波小波的相位鎖定和窄帶分析能力，設計了諧波小波自適應濾波器，發展了確保高精度提取幅值和相位的自適應方法。仿真與實際應用表明，該方法滿足高精度和實時性的要求，具有充裕的應用潛力(楊克己，基于諧波小波的自適應濾波在高精度動平衡檢測系統中的應用。儀器儀表學報，2005，26(8)：133-135)。對旋轉機械振動信號通過經驗模態分解，然后經過希爾伯特變換獲得信號頻譜(楊世錫，旋轉機械振動信號基于EMD的希爾伯特變換和小波變換時頻分析比較。中國電機工程學報，2003，23(6)：102-107)，能夠同時用于線性振動信號和非線性振動信號的分析。利用基于二進的小波分解變換技術，可以把不同頻段的時域信號展現出來。但小波分析不具有自適應性的特點，一旦小波被選定，就必須用它來分析所有的待分析數據。同時隨著分解層數的增加，由于二抽一的二進小波分解特性，密集特征信號的分析精細程度大大折扣(李舜酩等.行駛車輛振動信號的小波分析，汽車工程，1997.19(6)：370-375)。再一方面，二進小波分解在進行傅立葉變換后，相位發生變化，必須進行保相處理(李舜酩.二進小波振動檢測中低頻保相的二次變換處理.儀器儀表學報，2005，26(4)：370-373)。諧波小波分析具有頻域相位鎖定的能力，具有正交性、局部分解性及自適應性。因此，綜合各種信號處理方法，本發明利用諧波小波的優良特性，構造一個更靈活的諧波窗函數。該窗具有諧波小波極好的緊支特性，同時也具有極其優秀抑制頻率泄漏的能力，可以在任意感興趣的分析頻段展開分析，特別適合對復雜振動信號的加窗分析。

發明內容

本發明的目的就是在綜合諧波小波的優點，構造一個諧波窗函數。該窗函數具有的自適應特性，具有靈活的變化窗口和移動中心，能優秀地抑制頻率泄漏，對振動信號在任何感興趣的頻段進行加窗分析。

本發明為實現上述目的，采用如下技術方案：

本發明一種振動信號處理的諧波窗函數，其特征在于包括如下步驟：

步驟101，構造諧波小波函數

諧波小波函數是由實函數ψ_e(x)和ψ_o(x)得到的傅立葉變換式：

角標e和o分別表示該實數是變量x的偶函數和奇函數；對式(1)和式(2)作逆傅立葉變換得到：