[發(fā)明專利]一種消除毛刺干擾信號的數(shù)字信號處理方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011196919.4
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112329591A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金城;王瑞琪;江永澤;余快
• 申請（專利權(quán)）人: 成都凱天電子股份有限公司
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 成都君合集專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51228
• 代理人: 尹新路

本發(fā)明一種消除毛刺干擾信號的數(shù)字信號處理方法，首先利用原始信號順次進(jìn)行小波分析、均值濾波和標(biāo)準(zhǔn)化處理，將得到的結(jié)果信號作為調(diào)制波；然后將所述調(diào)制波用于對原始信號進(jìn)行幅值調(diào)制，幅值調(diào)制不僅有效抑制原始信號中毛刺干擾信號的幅值，而且幅值調(diào)制不會產(chǎn)生相位差，因此降噪后信號的相位與原始信號一致。本方法的降噪效果既充分發(fā)揮了均值濾波在消除毛刺信號方面的良好作用，又避免了均值濾波產(chǎn)生的波形相位差的直接傳遞，使降噪后的信號相位與原始信號一致。因此，本方法降噪后信號與原始信號無相位差。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于信號降噪技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種消除毛刺干擾信號的數(shù)字信號處理方法。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代測試技術(shù)的不斷發(fā)展，利用振動(dòng)傳感器對工業(yè)設(shè)備和工程設(shè)施進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控的工程應(yīng)用越來越多。在這些工程應(yīng)用中，需要按照一定的目的對振動(dòng)傳感器輸出信號進(jìn)行處理與分析，從而準(zhǔn)確獲取工業(yè)設(shè)備和工程設(shè)施的狀態(tài)信息。由于環(huán)境條件、測試電路電子元器件缺陷等因素影響，振動(dòng)測試信號中往往含有干擾信號，其中一種典型的干擾信號就是毛刺干擾信號。

對于單個(gè)毛刺干擾信號來講，其時(shí)域波形類似于一個(gè)瞬時(shí)脈沖波，因此毛刺干擾信號的能量通常會覆蓋很寬的頻段，對振動(dòng)測試信號的頻譜產(chǎn)生強(qiáng)烈干擾。由于工業(yè)設(shè)備和工程設(shè)施的狀態(tài)監(jiān)控中經(jīng)常需要提取頻譜信息作為重要的狀態(tài)辨識依據(jù)，因此需要有效的消除毛刺干擾信號才能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的狀態(tài)監(jiān)控。

理論上講，在數(shù)字信號處理方面通過均值濾波可有效的消除毛刺干擾，但是由于單純的均值濾波的處理結(jié)果都會一定程度的造成信號的時(shí)域波形相位差，不僅可能造成時(shí)域波形中有用信息的丟失，而且可能引入新的干擾信息。因此，單純使用均值濾波很難達(dá)到令人滿意的結(jié)果。

目前，針對振動(dòng)測試信號中的毛刺干擾信號，傳統(tǒng)是對原始信號采用均值濾波處理，或者采用均值濾波、小波分析等串行處理的方法，其結(jié)果直接作為降噪后信號。由于均值濾波的處理結(jié)果會一定程度的產(chǎn)生信號波形的相位差，不僅可能造成時(shí)域波形中有用信息的丟失，而且可能引入新的干擾信息。均值濾波、小波分析等串行處理的方法，均值濾波的產(chǎn)生的信號相位差也會串行傳遞，因此降噪后的信號與原始信號對比仍存在相位差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，提出了一種消除毛刺干擾信號的數(shù)字信號處理方法，通過小波變換和均值濾波將原始信號生成幅值調(diào)制波，然后使用幅值調(diào)制波對原始信號進(jìn)行幅值調(diào)制，得到消除毛刺干擾噪聲的信號。本發(fā)明通過上述操作既充分發(fā)揮了均值濾波在消除毛刺信號方面的良好作用，又避免了均值濾波產(chǎn)生的波形相位差的直接傳遞，使降噪后的信號相位與原始信號一致，實(shí)現(xiàn)降噪后信號與原始信號無相位差。

本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)內(nèi)容如下：

本發(fā)明提出了一種消除毛刺干擾信號的數(shù)字信號處理方法，首先將原始信號f(t)通過小波降噪和均值濾波生成幅值調(diào)制波z(t)，然后使用幅值調(diào)制波z(t)與原始信號f(t)進(jìn)行幅值調(diào)制，獲得消除毛刺干擾后的信號F(t)。

為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，進(jìn)一步的，所述小波降噪的具體操作為：對一個(gè)含有N個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的原始信號f(t)進(jìn)行三層分析，得到三層分析信號，選擇三層分析信號中信噪比最好的單個(gè)層次分析信號進(jìn)行提取，并命名為分析信號x；根據(jù)小波分析原理，所述分析信號x是一個(gè)含有N個(gè)數(shù)據(jù)的一維數(shù)組。為方便描述，將分析信號x中的第i個(gè)數(shù)據(jù)用x_i表示(1≤i≤N)，則分析信號x由數(shù)據(jù)x₁，x₂，x₃，…，x_N組成。

為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，進(jìn)一步的，所述均值濾波的具體操作為：設(shè)定每次均值運(yùn)算的運(yùn)算步長為n(n的優(yōu)選值是小于等于N/100的正整數(shù))，得到濾波處理后的信號y，所述信號y是一個(gè)含有N個(gè)數(shù)據(jù)的一維數(shù)組。為方便描述，將信號y中的第j個(gè)數(shù)據(jù)用y_j表示(1≤j≤N)，則y由數(shù)據(jù)y₁，y₂，y₃，…，y_N組成。