[發明專利]一種信號相關性應用中共振辨識和消除方法及裝置

在審

• 申請號: 201810083684.4
• 申請日: 2018-01-29
• 公開（公告）號: CN108344501A
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發明（設計）人: 高艷;徐成;張雙江;楊軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;楊青

一種信號相關性應用中共振辨識和消除方法和系統，所述方法包括：在待測系統上布置兩個傳感器，拾取兩個目標信號并計算其互功率譜密度函數，采用廣義互相關ROTH方法加權計算兩目標函數的頻響函數；分析頻響函數的幅值和相位，若其幅值中存在共振峰，且對應頻率的相位存在π的整數倍的偏移，則判斷存在共振，讀取共振峰對應的兩個固有頻率；針對兩個固有頻率計算拾振器的兩個頻響函數；將頻域加權的互譜密度函數乘以拾振器的頻響函數的比值來消除共振，再對其進行傅里葉逆變換計算廣義互相關函數；根據互相關函數的主峰值，輸出與主峰值對應的時延估計。本發明的方法能夠提高相關時延估計在工程應用中的準確性、魯棒性、實用性。

技術領域

本發明涉及測量技術領域，特別涉及一種信號相關性應用中共振辨識和消除方法及裝置。

背景技術

相關時延估計是信號處理領域研究的熱點，其關鍵技術已被應用于噪聲源及目標定位、機械故障診斷等工程實際中。其原理是：首先測量由源信號經不同傳播路徑后形成的兩路目標信號，再對所采集信號進行濾波后基本互相關運算，進而根據最大相關峰確定所采集信號之間的時間差(時延)。當強干擾工況下，如低信噪比、強反射、多源定位等，基本互相關的時延估計值的精度較低。

文獻[1](Knapp C H,Carter G.C.The generalized correlation method forestimation of time delay[J].IEEE Transactions on Acoustic Speech on SignalProcessing,1976:320-327.)采用廣義互相關算法通過對兩路目標信號做傅里葉變換求取互譜密度函數，對其頻域加權后做傅里葉逆變換得到互相關函數。常用的廣義互相關算法為ROTH、WIENER、PHAT、SCOT和ML等。對比基本互相關算法，廣義互相關可更有效銳化主峰(最大相關峰)。然而實際時延估計效果并不理想，其原因是，在采集兩路目標信號的測量過程中，當傳感器直接與待測系統接觸時，形成新的耦合系統。一旦出現共振，目標信號中還將混有共振分量；二則，因為共振分量的存在，進而影響了濾波器參數設定，將導致實際測量中相關時延估計準確性下降。

發明內容

本發明的目的在于克服目前相關時延估計方法存在的上述缺陷，提出了一種信號相關性應用中共振辨識和消除方法及裝置，所述方法可實現共振的辨識，利用信號相關性應用中消除共振分量的方法，得到解耦后的目標信號。

為了實現上述目的，本發明提出了一種信號相關性應用中共振辨識和消除方法，所述方法包括：

在待測系統上布置兩個傳感器，拾取兩個目標信號并計算其互功率譜密度函數，采用廣義互相關ROTH方法加權計算兩目標函數的頻響函數；分析頻響函數的幅值和相位，若其幅值中存在共振峰，且對應頻率的相位存在π的整數倍的偏移，則判斷存在共振，讀取共振峰對應的兩個固有頻率；針對兩個固有頻率計算計算拾振器的兩個頻響函數；將頻域加權的互譜密度函數乘以拾振器的頻響函數的比值來消除共振，再對其進行傅里葉逆變換計算廣義互相關函數；根據互相關函數的主峰值，輸出與主峰值對應的時延估計。

作為上述方法的一種改進，所述方法包括以下步驟：

步驟1)在待測系統上布置兩個傳感器，拾取目標信號分別為x_k(t),k＝1,2，計算其互功率譜密度函數：

其中，*表示共軛；X₁(ω)、X₂(ω)分別表示x₁(t)、x₂(t)的傅里葉變換；| |表示幅值，φ(ω)表示相位；

步驟2)采用廣義互相關ROTH方法對互譜密度進行頻域加權，得到兩目標函數的頻響函數，可表示為：

其中，S₁₁(ω)表示目標信號x₁(t)的自功率譜密度；