[發明專利]一種改進的正交匹配特征提取方法

在審

• 申請號: 201610935229.3
• 申請日: 2016-11-01
• 公開（公告）號: CN106599775A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 徐娟;賈志遠;黃經坤;孫春雨;張建軍;石雷
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司34112
• 代理人: 余成俊

技術領域

本發明涉及機械振動信號處理方法領域，具體是一種改進的正交匹配特征提取方法。

背景技術

在機械設備狀態監測與故障診斷中，如何對復雜振動信號準確進行特征提取是該領域的核心問題之一。在設備振動信號的采集過程中，噪聲、信號調制等各種共生因素造成了信息的冗余，機械故障的特征成分往往在整體信號中呈現出稀疏性(或者在某個變換域內呈現出稀疏性)。因此，振動信號的特征提取實質也是一個信息冗余度壓縮的過程。在此基礎上，能夠對信號內部不同成分結構和形態細節高度表征和提取的信號稀疏分解算法，成為振動信號特征提取方法中新興的研究熱點。

正交匹配追蹤算法用不同特征波形的基函數，組成一個“原子庫”，通過逐步迭代從中挑選出與振動信號波形匹配最佳的原子，對挑選出的原子正交化處理，并將信號在由處理過的原子構成的空間上投影，獲得信號在已選原子上的分量和殘存分量，確保了殘存信號與選擇的全部原子都正交，從而可以找到全局最優解。雖然該方法可以得到很好的匹配結果，但它需要預先知道振動信號的原始成分，難以應用到工程實踐中。非參數波形估計方法只需要包含信號原始成分的模板信號就可以很好的進行特征提取，本發明方法把正交匹配和非參數波形估計結合起來，再通過模板信號的自適應調整就可以在不清楚信號原始成分的情況下準確的實現復雜信號的特征提取。

發明內容

本發明的目的是提供一種改進的正交匹配特征提取方法，用以提取出振動信號的特征，為旋轉機械的設備狀態監測提供數據依據。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為：

一種改進的正交匹配特征提取方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)、首先任意選取簡單函數作為模板信號，設置信號余量初值：R₀y＝y，其中y為通過振動傳感器獲得的振動信號，設置子濾波器之間頻響不重疊的濾波器組；

(2)、自適應調整模板信號，然后利用非參數波形估計方法求得最優估計

(3)、用步驟(2)求得的最優估計構建原子庫，從中選取出最佳匹配原子g_nk并進行Schmidt正交化處理；

(4)、將振動信號在處理過的原子組成的空間上進行投影，得到信號余量R_ky，若余量小于設定閾值則結束，否則重復(2)～(4)。

所述的一種改進的正交匹配特征提取方法，其特征在于：濾波器組的選取要使各子濾波器之間的頻響不相互重疊，因此，子濾波器頻率響應H_i(f)需要滿足下式：

所述的一種改進的正交匹配特征提取方法，其特征在于：自適應調整模板信號的方法如下式所示：

其中補償因子β<1，x_m-1(l)與x_m(l)分別是正交匹配追蹤第m-1和m次迭代中的模板信號。

所述的一種改進的正交匹配特征提取方法，其特征在于：非參數波形估計方法是依據最小均方差原理在各個相互線性無關的子頻帶內單獨進行匹配，最后將各子頻帶內的最優估計求和得到s的最佳估計即根據得到：

所述的一種改進的正交匹配特征提取方法，其特征在于：選擇最佳匹配原子的具體方法是，為了使逼近后的殘留信號R¹f盡可能小，選擇的最佳向量應當滿足下式：

其中，Γ_α為一參數集合，且Γ_α∈Γ，α為優化因子并滿足0<α<1。

所述的一種改進的正交匹配特征提取方法，其特征在于：得到信號余量的具體方法是通過迭代過程R₁y＝y(t)-(y(t),e₁)e₁、R₂y＝R₁y-(R₁y,e₁)e₁-(R₁y,e₂)e₂、得到R_ky。

所述的一種改進的正交匹配特征提取方法，其特征在于：停止迭代的條件為信號余量小于設定閾值，即||R_ky||²<e，其中e為預先給定的閾值。

與已有技術相比，本發明的有益效果體現在：