[發明專利]小波包能量譜法損傷識別方法

有效

• 申請號: 201910162886.2
• 申請日: 2019-03-05
• 公開（公告）號: CN109815940B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 韋灼彬;高屹;吳森;曹軍宏
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍勤務學院
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種小波包能量譜法損傷識別方法。本發明采用Daubechies小波作為小波包能量譜損傷預警的小波函數，用l^p范數熵標準作為代價函數來確定Daubechies小波的階次；在確定小波函數和分解層次后，則通過小波包對結構動態響應信號進行分解從而構造結構損傷特征指標，分別提取各組激勵信號下結構健康狀態小波包能量比I_h；根據I_h求得相對于其平均值的損傷預警指標ERVD；以虛擬脈沖響應函數作為小波包分解對象，分別求得在各組激勵信號下結構損傷狀態下的小波包能量比I_d；最后求得I_d相對于I_h的損傷預警指標ERVD。本發明無需在線長時間觀測，且對結構的累積損傷有更好的識別。

技術領域

本發明涉及信號分析領域，更具體地說，是涉及小波包能量譜法損傷識別方法。

背景技術

小波是一種建立在泛函分析、調和分析、傅里葉分析基礎上的時頻原子，其在時域和頻域同時具有良好的局部化特性和多分辨率特性，被譽為信號分析的“數學顯微鏡”。

小波分析(Wavelet Analysis，WA，也叫小波變換)于1984年法國地球物理學家莫萊特(Morlet J)在分析地震數據時提出的。隨后他與克勞斯曼(Grossmann A)共同進行研究，發展了連續小波變換的幾何體系，由此將任意一個信號分解成對空間和尺度的貢獻。1985年，梅耶(Meyer Y)，克勞斯曼(Grossmann A)與道畢齊(Daubechies)共同進行研究，選取連續小波空間的一個離散子集，得到了一組離散的小波基(稱為小波框架)；而且根據小波框架的離散子集的函數，恢復了連續小波函數的全空間。而真正的小波流行時間始于1986年，當時梅耶(Meyer)創造性地構造了具有一定衰減性的光滑函數ψ，其二進制的伸縮和平移構成了實軸上平方可積函數空間L²(R)的規范正交基。其后，Meyer、Mallat、Daubechies等人為小波的研究和應用作出了重要的貢獻。特別是1987年，馬萊特(Mallat)將計算機視覺領域內的多尺度分析思想引入到小波分析中，提出了多分辨率概念，統一了在此之前的所有正交小波基的構造，并且提出了相應的分解與重構快速算法。1988年，道畢齊(Daubechies)在美國NSF/CBMS主辦的小波專題討論會上進行了十次講演，引起了廣大數學家、觀測學家、物理學家甚至諸多企業家的重視，由此將小波分析的理論發展與實際應用推向了一個高潮。郭健等針對橋梁健康監測中結構損傷識別的特點，從模式識別的角度提出和分析了損傷特征提取問題，闡述了基于小波包分析的兩種節點能量特征提取的方法，指出小波包系數節點能量特征指標和小波包信號節點能量對結構損傷敏感性相當，但小波包系數節點能量特征指標的計算效率更高，更適合橋梁健康監測中損傷提取的要求。丁幼亮等對小波包能量能譜(Wavelet Packet Energy Spectrum，即WPES)對結構損傷的敏感性作了詳細的理論研究并進行了實驗驗證，研究結果表明：采用結構動力響應的小波包能量譜進行結構損傷預警具有較好的損傷敏感性和噪聲魯棒性。

目前，研究怎樣降低環境溫度對損傷識別結果的影響的方法大致可分為兩種：第一種是實時測量大量的環境溫度和相對應的振動數據(或損傷敏感特征指標)樣本，通過建立環境溫度和損傷敏感特征指標之間的數學模型來實施降低環境溫度變量對損傷識別結果的影響，如李愛群、丁幼亮等以蘇通大橋2008年至2009年間240天的監測數據為研究對象，對蘇通大橋主梁實測小波包能量譜與溫度的季節相關性進行了詳細的分析，采用6次多項式對小波包能量和溫度進行了統計建模以降低環境溫度對損傷特征指標的影響；第二種是直接利用結構動態測量數據，把環境變量作為影響結構動態測量值的潛在變量，通過某種線性或非線性變換，提取出環境溫度對損傷特征指標的影響，如：Yan A M等對不同環境溫度條件下的結構頻率向量構建樣本矩陣，用主成分分析法提取樣本矩陣的主成分殘差，以此降低環境溫度對損傷敏感特征指標的影響，并通過先對樣本數據分類，再對各類數據分別進行主成分分析的思想，實現了主成分分析對溫度-結構動態響應非線性關系的提取。