[發明專利]一種基于賽利斯模型和分數階微分的蘭姆波信號消噪方法

有效

• 申請號: 201410214807.5
• 申請日: 2014-05-20
• 公開（公告）號: CN103971012B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 陳曉;汪陳龍
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙)32238
• 代理人: 張立榮

技術領域：

本發明涉及無損檢測中的超聲蘭姆波信號處理技術領域，具體涉及一種基于賽利斯模型和分數階微分的蘭姆波信號消噪方法。

背景技術：

在超聲蘭姆波檢測中,由于蘭姆波激發和檢驗方式靈活,而且能與板材缺陷產生有效的相互作用,并攜帶大量信息,因此,可以作為板材缺陷檢測的有效手段,特別是在大面積板狀結構的無損檢測中應用更為廣泛。超聲蘭姆波信號典型的非平穩信號，在實際檢測中，由于信號會受到不同程度的噪聲干擾，使得接收到的信號成分變得非常復雜，給后期的處理帶來誤差，直接影響檢測的可靠性和精度的準確性，需要對這類非平穩超聲蘭姆波信號進行消噪處理，從含噪聲的蘭姆波信號中恢復原始的蘭姆波信號。

從國內外大量的文獻可知,人工神經網絡(LiuZQ,ZhangHY.Artificialnetural networkanditsapplicationinultrasonictesting,NondestructiveTesting,2001,23:221-225)、EMD方法(LiG,ShiLH,WangXW.EMDdenosingmethodandits applicationinLambwavedetection,ActaMetrologicaSinica,2006,27:149-152)和小波變換(SiqueiraMHS,GattsCEN,SilvaRRetal.Theuseofultrasonic guidedwavesandwaveletsanalysisinpipeinspection,Ultrasonics,2003,41:785-798)等都可以對蘭姆波進行消噪處理。近年來常用的方法是EMD方法和小波變換。李剛等用EMD方法對超聲蘭姆波信號進行了消噪處理，雖然EMD方法不需要基于某一特定函數，能夠自適應地根據信號特征來提取數據，但是消噪效果不徹底，保留了很多噪聲信號的特征，不能很好地體現原信號，消噪效果不是很理想(LiG,ShiLH,WangXW.EMD denosingmethodanditsapplicationinLambwavedetection,ActaMetrologica Sinica,2006,27:149-152)。由于小波變換在消噪方面的優點使得其在無損檢測領域有了很廣泛的應用，Siqueir等采用離散小波變換來處理超聲蘭姆波實測信號，通過硬閾值方法將小于給定門限值的分解系數設為0，然而該方法雖然去除了噪聲，但是消噪效果并不理想,信號仍然含有大量噪聲，所以重構信號無法準確體現信號的特征(SiqueiraMH S,GattsCEN,SilvaRRetal.Theuseofultrasonicguidedwavesandwavelets analysisinpipeinspection,Ultrasonics,2003,41:785-798)。Lazaro等采用小波變換來去除噪聲，通過硬閾值和軟閾值的方法分別進行消噪，由于硬閾值和軟閾值都有各自的缺點，導致去除噪聲之后的信號并不突出(LazaroJC,EmeterioJL,RamosAetal.Influenceofthresholdingproceduresinultrasonicgrainnoisereductionusing wavelets,Ultrasonics,2002,40:263–267)。Chen等將鄰域系數作為最優的解決方案提出了一種冗余的二代小波變換，改善信噪比的同時降低了均方誤差[Xuefeng,Xiang Li,ShibinWang,ZhiboYang,BinqiangChen,andZhengjiaHe.CompositeDamage DetectionBasedonRedundantSecond-GenerationWaveletTransformandFractal DimensionTomographyAlgorithmofLambWave.IEEETransactionsonInstrumentation andMeasurement，vol.62,Issue.5,2013,p.1354-1363]。Matz等對基于小波變換的離散小波、離散穩定小波以及小波包的三種消噪方法進行了對比研究，實驗結果表明小波包消噪方法表現最好，在初始噪聲振幅為被選信號最大振幅的5％時，可以將信號的信噪比提高15至40dB；小波閥值消噪與經驗模態分解消噪各有優缺點，前者比較適合信噪比較高的情況，而后者消噪后的噪聲干擾仍然比較大[V.,SmidR.,StarmanS.,Kreidl M.Signal-to-noiseratioenhancementbasedonwaveletfilteringinultrasonic testing.Ultrasonics,vol.49,Issue10,2009,p.752-759]。