基于Gabor变换和盲源分离的旋转机械故障诊断方法

传统的盲源分离方法要求源信号相互统计独立,但是实际机械设备很难满足这个条件。为此,提出了一种基于Gabor变换和盲源分离相结合的旋转机械故障诊断方法。首先通过不同混合信号的Gabor变换系数之间的相互关系,得到源信号间的公共频率成分,然后对观测信号进行滤波处理,得到新的观测信号,最后利用矩阵联合对角化方法进行分离,实现相关源信号盲分离。该方法突破了传统盲源分离方法中要求源信号相互统计独立且最多只能有一个高斯信号的限制,仿真和实验结果验证了该方法的有效性和可行性。     

基于EMMD的欠定旋转机械振动信号盲源分离

传统盲源分离算法通常基于观测信号数不小于源信号数的假设, 当观测信号数小于源信号数时, 盲源分离效果较差, 而欠定的甚至单通道信号的盲源分离问题普遍存在于旋转机械中, 针对该问题, 提出一种基于极值域均值分解的欠定旋转机械振动信号盲源分离算法。首先把欠定的观测信号进行极值域均值分解得到一系列本征模函数, 将欠定观测信号和其本征模函数组成多维信号, 作为新的观测信号实现升维;然后利用奇异值分解和贝叶斯准则进行源数估计, 最后利用基于四阶累积量的特征矩阵联合对角化方法实现信号的盲分离。仿真结果表明, 该方法能够有效地解决欠定观测信号的盲源分离问题。     

卷积混合语音的联合块对角化盲源分离算法

针对语音卷积混合模型,提出了一种新的时域盲源分离算法。首先对观测信号进行重新排列,将卷积混合盲分离问题转化为瞬时混合盲分离问题,然后对联合近似对角化算法进行了推广,利用语音的非平稳和短时平稳特征定义联合差分相关矩阵和联合块对角化代价函数,通过鲁棒的白化过程和求解最优化问题实现卷积语音的盲分离。由于避免了时域卷积运算和变换域处理,使算法更加简单,复杂度更低。仿真结果验证了该算法的有效性,同时,就数据长度参数变化对信干比的影响,以及通过与基于线性预测的卷积盲分离算法和自然梯度卷积盲分离算法的比较对该算法的性能做了进一步的分析。     

机械声源信号的带通滤波盲分离

盲源分离是一个很独特的盲信号分析与处理工具，在机械设备状态监测与故障诊断领域有较好的应用前景。但在实际应用于机械源信号分离中，效果尚不够理想。特别是，当传感观测中存在高斯噪声或调制源时，往往无法获得准确的源波形恢复。本文在分析现有盲源分离算法的基础上，提出一种新的、基于带通滤波的改进盲源分离方法。仿真以及实际的机械声源信号分离实验结果证实了新方法的有效性。     

基于EMD的高压燃气管道泄漏信号欠定盲分离方法

为能将城市高压燃气管道泄漏产生的应力波信号中混有多种干扰振动及噪声的有效泄漏信号与多源混合振动信号分离,提出基于EMD的泄漏信号欠定盲分离方法。对传感器采集的混合信号进行经验模态分解;对各固有模态函数归一化峭度特征进行分析,选取含主要泄漏信息的固有模态函数进行重构;构造由重构信号及观测信号组成的矩阵,用扩展联合对角化算法实现信号分离,以解决欠定情况下的盲分离问题。实验结果表明该方法能较好实现有效泄漏信号的提取。     

基于EEMD子带提取相关机械振动信号单通道盲源分离

针对传统独立分量分析难以解决机械故障诊断中存在的相关源信号盲分离、欠定盲分离等问题,在相关振源信号部分子带满足统计独立的假设前提下,提出基于总体经验模态分解子带提取相关机械源单通道盲源分离方法。该方法将单通道观测信号进行总体经验模态分解获得到子带观测信号,将单通道信号及子带观测信号组成新的多维信号,利用奇异值分解及贝叶斯准则估计源信号数目;据互信息标准与源信号数目选若干独立性较强的子带观测信号重构,实现信号升维;对重构的观测信号进行白化预处理及联合近似对角化,获得源信号估计。并仿真、实验验证该方法在机械故障诊断中的有效性。     

基于WOA-VMD改进的信号盲源分离研究及应用EI北大核心CSCD

准确有效识别出水电站厂房振动信号的各个振源,对于水电站长期安全稳定运行有重要指导意义,盲源分离(blind source separation,BSS)是进行信号分解与振源识别的一种有效方法。为了实现水电站厂房复杂环境下振动信号的盲源分离,建立一种基于鲸鱼算法变分模态分解(whale optimization algorithm and variational mode decomposition,WOA-VMD)降噪改进的信号盲源分离模型。采用WOA-VMD和相关法对观测信号进行降噪处理,确保盲源分离结果的准确性;求解多维降噪信号的协方差矩阵并进行奇异值分解,采用优势特征值法进行源数估计;最后对降噪信号进行中心化、白化前处理,通过联合近似对角化算法得到分离矩阵,实现观测信号的盲源分离。仿真结果表明:相较于传统盲源分离模型,改进模型将分离信号与源信号的相关系数分别提升了9.1%,7.1%,8.3%,分离信号主频误差也均有所降低。将该方法运用到水电站厂房振动工程实例,也取得了较好的分离效果。     

噪声环境下水声信号瞬时盲源分离方法研究

噪声环境下大多数盲源分离算法性能大大降低。提出了一种适用于噪声环境的基于子带分解的瞬时盲源分离算法。通过修正白化矩阵和选取合理子带降低盲源分离过程中由噪声产生的不利影响。仿真实验表明,采用基于子带分解的瞬时盲源分离算法能够较好地实现噪声环境下水声混合信号的分离;进一步研究表明,该算法在噪声环境下表现出良好的稳健性。     

基于频域盲解卷的噪声信号分离

由于机械噪声传播过程中存在反射等多种因素影响，大多数情况下混合噪声分离更适合采用卷积模型，为此提出了一种多频点盲解卷算法。有别于传统的频域盲解卷算法，新算法利用有限的少数几个频率点直接从频域模型恢复出时域噪声信号。算法为瞬时混合盲分离。主成分分析一瞬时混合盲分离结构，首先对给定的每一个频率点执行瞬时混合盲解卷算法，获得噪声源的基本估计，然后再经过主成分分析和第二次盲源分离。提高分离性能和增加算法鲁棒性。由于算法不需要对所有频率点执行瞬时混合分离，计算量小，同时也不存在传统频域盲解卷算法排列顺序不确定性的缺点，具有较好的应用价值。仿真实验证实了新算法能有效地分离机械噪声信号。     

基于牛顿迭代盲源分离方法的磨床故障诊断

磨床的振动信号是由多个振动源混合而成的复杂信号,利用盲源分离技术分离混合信号成为各个振动源的单独信号能更准确的实现设备的状态监控和故障诊断。基于峭度的不动点迭代法是一种常用的盲源分离方法,但存在分离矩阵难以收敛,分离效果不稳定的问题。论文在峭度最大化的理论基础上,提出基于牛顿迭代算法的振动信号盲源分离方法。通过模拟振动信号实验,当分离矩阵的迭代步数仅为不动点迭代法的1/500时,本算法就完成了分离过程,并且分离效果更佳。对数控磨床实际振动信号的分离实验,得到了和计算结果相同的磨床运行参数,进一步验证了本文方法可以较好的应用于工程实际中。     

Robust Blind Beamforming Algorithm Using Joint Multiple Matrix Diagonalization

The objective of the blind beamforming is to restore the unknown source signals simply based on the observations, without a priori knowledge of the source signals and the mixing matrix. In this paper, we propose a new joint multiple matrix diagonalization (JMMD) algorithm for the robust blind beamforming. This new JMMD algorithm is based on the iterative eigen decomposition of the fourth-order cumulant matrices. Therefore, it can avoid the problems of the stability and the misadjustment, which arise from the conventional steepest-descent approaches for the constant-modulus or cumulant optimization. Our Monte Carlo simulations show that our proposed algorithm significantly outperforms the ubiquitous joint approximate diagonalization of eigen-matrices algorithm, relying on the Givens rotations for the phase-shift keying source signals in terms of signal-to-interference-and-noise ratio for a wide variety of signal-to-noise ratios     

基于声压幅度比的多声源分离定位决策研究

利用声压幅度比模型,提出了一种基于声压幅度比的多声源分离定位方法,该方法利用盲信号分离算法实现混合声源信号的分离,根据谱估计的相似度确定接收信号中各声源的分配情况,结合幅度差异因子获得传感器的声源信号分布,再通过单声源的声压幅度比模型确定声源位置,实现多声源定位。由于盲信号分离算法比较成熟,且实际中的声源信号大多为非高斯,因而满足盲信号分离条件。该方法具有实用强、应用性广等特点,对其它分离、定位问题也有借鉴作用。     

基于多个时间点联合解相关的卷积盲源分离

实际信号的混合均为卷积混合,且信号是非平稳的。盲源分离的目标就是找到一组分离滤波器,使得源信号的估计信号互相统计独立。结合信号的非平稳性,利用二阶解相关原理,文章阐明了一种在频域实现卷积混合的盲源分离算法,并且考虑了噪声对分离性能的影响。为了避免频点排列次序的不确定性,利用了多阶段盲源分离思想。利用该算法,对两路混合的实录水声信号进行盲分离,得到了两路源信号的估计信号,通过对估计信号的分析,利用信噪比提高率这一标准,验证了该算法的有效性。该算法收敛速度快,精度高,可用于浅海环境下实录水声混合信号的盲分离。     

改进的二阶统计量盲分离算法

利用二阶统计量(不同时延相关矩阵)的非平稳性和信号时序结构特征,能简单估计出线性瞬时混合的盲源信号。但随时延[τ]增大,仅利用某一个时延协方差均衡化,忽略了信号的时间变化特性,很难保证算法的性能。通过分析矩阵的平均特征,提出一种改进的基于二阶统计量盲源分离算法,对一组均衡化的时延相关函数进行等时延分段,并对等间隔段的两个时延矩阵分别求取均值,采用类似联合近似对角化,估计出最优化的酉矩阵,最终得到信源的稳健估计。性能指标分析和仿真实验证明,算法很好地解决原算法的不足,并成功分离出信号。     

基于自相关降噪的混叠转子振动信号分离

航空发动机在运行过程中,传感器测得的振动信号是各振源的混叠信号,且含有很强的噪声。常规的信号处理方法难以分离混叠信号,对机器的健康监测和故障诊断造成了很大的困难。介绍了盲源分离基本原理和方法,指出盲源分离算法在强噪声环境下失效。针对强噪声环境下的混叠振动信号,提出首先通过时延自相关降噪方法对振动信号进行降噪,然后通过盲源分离算法对降噪后的信号分离。仿真结果验证了提出方法的有效性。最后,利用该方法对实测混叠转子振动信号成功实现了降噪和盲分离,为噪声环境下的混叠信号分离提供了一种新的方法。     

用慢特征分析算法实现水声信号盲分离

在常规的水声信号盲处理研究中,通常都是用独立成分分析算法分离线性混合信号,而对于较复杂的非线性混合信号,独立成分分析算法无能为力。针对这种情况,提出将慢特征分析(Slow Feature Analysis,SFA)算法应用于水声信号非线性盲源分离领域。一般而言,对源信号做非线性混合变换后输出混合信号较源信号变化较快,而采用SFA算法可以从复杂的非线性混合信号中提取出变化缓慢的信号,通过仿真实验,分别对简单信号和复杂水声信号的非线性混合信号进行分离,通过将源信号与分离信号对比,发现SFA算法输出信号与源信号高度相似,验证了SFA算法在非线性盲源分离领域应用的有效性和可行性。     

水下耦合机械噪声源的量化识别及试验

目前水下机械噪声源及其传递路径识别效果较难。为此,将盲源分离算法和传递路径分析方法融合和集成。视多振源信号为卷积混叠,结合LU分解,提出一种新的非正交联合块对角化方法进行耦合振动源的分离。将分离振源作为工况传递路径分析方法的输入振源,建立水下机械振动噪声源识别算法,并对潜艇舱段模型的水下振动-声辐射试验对算法进行验证。结果表明,与现存方法相比,该盲源分离算法具有易实现、收敛速度快、精度高等优点;所集成的源识别算法在水下声场预报和振源贡献量排序中的性能均优于振源耦合时的结果,与实际情况吻合好,达到了高效、准确地识别机械噪声源的目的。     

基于变分贝叶斯独立分量分析的故障源盲分离

提出一种基于变分贝叶斯独立分量分析的故障源盲分离方法,该方法可直接对噪声干扰的机械源信号进行有效分离,即不需要将未知噪声看成一种独立源,也不需要进行消噪预处理。并将该方法与传统的机械源分离方法进行对比实验,实验结果表明该方法是非常有效的。