改进的自适应噪声总体集合经验模态分解在光谱信号去噪中的应用

针对近红外无创血糖检测过程中噪声对血糖浓度模型精度和稳定性的影响,提出用自适应噪声总体集合经验模态分解方法实现近红外光谱信号的去噪;同时,根据原始信号曲率和分解后本征模态函数(IMFs)曲率间的离散弗雷歇距离选择相关模态。首先,将自适应噪声的总体集合经验模态分解方法引入近红外光谱去噪过程,介绍了经验模态分解、集合经验模态分解、互补集合经验模态分解及自适应噪声总体集合经验模态分解的基本原理及具体实现过程。然后,应用基于曲率和离散弗雷歇距离的自适应噪声总体集合经验模态分解改进算法对仿真信号和光谱信号进行去噪,并将其标准差和信噪比作为评价指标。实验结果表明:应用提出的方法得到的血糖浓度近红外光谱数据其标准差为0.179 4,信噪比为19.117 5dB,实现了信号与噪声的分离,改善了重构信号质量,具有良好的自适应性,可以有效识别并提取有用信息。     

一种基于变分模态分解和样本熵的MEMS陀螺去噪方法

针对MEMS陀螺信号,提出了一种基于变分模态分解(VMD)和样本熵(SE)的随机噪声抑制方法。首先采用VMD算法自适应地将原始信号分解为固有模态函数(IMF)的集合,然后针对不同的固有模态序列建立基于样本熵理论的信号组分筛选标准,从而将其划分为低频有效信息IMFs、信息和噪声混合IMFs和高频噪声IMFs。舍弃高频噪声IMFs,并利用软区间阈值降噪方法实现对混合分量的进一步处理,最后通过重构得到最终的信号。对一组真实的MEMS陀螺静态漂移输出数据进行实验分析,比较结果表明该算法的去噪性能优于同为模态分解的EMD去噪方法。     

基于EMD的螺杆转子激光测量信号去噪算法研究

为去除螺杆转子激光测量信号中的噪声,提出一种EMD-β与改进小波阈值函数结合的去噪算法。首先利用经验模态分解(EMD)对螺杆转子的激光距离信号进行分解,用EMD-β寻找高频的固有模态函数(IMF),然后对高频的IMF进行改进小波阈值去噪,最后将去噪后的IMF和剩余的IMF进行信号重构得到去噪后的信号。经过仿真验证,此方法在激光距离信号的噪声去除中具有一定的使用价值。     

基于ICEEMDAN-ACF的自适应MEMS陀螺信号去噪方法北大核心CSCD

针对基于EMD的MEMS陀螺信号去噪方法中存在模态混叠、Hurst指数筛选法和相关系数筛选法无法准确筛选含噪本征模态函数(IMF)的问题,提出一种基于改进自适应噪声完备集合经验模态分解-自相关函数(ICEEMDAN-ACF)的自适应MEMS陀螺信号去噪方法。首先使用ACF自适应阈值判断信号信噪比,对于包含低能量高频成分的低信噪比信号使用小波软阈值预降噪,之后使用ICEEMDAN算法将陀螺信号分解为多个IMF和一个余项,使用ACF自适应阈值筛选噪声主导IMF,剔除噪声主导IMF后重构陀螺信号。实验表明:文中改进算法在低、中、高信噪比条件下的去噪效果均优于小波软阈值法、EMD-Hurst指数法、EMD-相关系数法和EMD-ACF法。     

基于EMD和ANFIS的自适应噪声消除研究

对于混入色噪声的混合信号,如果可以通过测量得到产生色噪声的白噪声,对白噪声进行非线性训练即可逼近色噪声,达到非线性滤波的目的.自适应模糊推理系统(adaptive neuro-fuzzy unference system,ANFIS)可以实现上述非线性逼近.文中在上述算法的基础上,提出一种EMD(empirical mode decomposition)-ANFIS的自适应色噪声消除方法,首先对混合信号进行EMD分解,得到各个内禀模态函数分量(intrinsic mode function, IMF),然后对分解得到的内禀模态分量进行ANFIS模糊消噪,最后对消噪后的各个分量信号进行叠加.由于所得内禀模态函数为近似平稳信号,且图形越来越趋于平缓,减小了ANFIS方法的逼近难度.在混合信号信噪比为2.840 7 dB时,经过EMD-ANFIS消噪后的估计误差比只经过ANFIS消噪后的估计误差减少11.74 dB,证明EMD-ANFIS方法的有效性.     

基于互信息的VMD算法在管道泄漏检测中的应用

针对在管道泄漏检测中,泄漏信号和噪声都与管道状态和环境密切相关,且变分模态分解(VMD)方法不能较好地分解高频部分的信号,存在一定的噪声干扰问题,提出了一种基于互信息的VMD自适应噪声消除算法。首先,通过VMD算法将泄漏信号分解成具有不同特征时间尺度的固有模态函数;然后根据互信息准则,通过依次计算相邻分量之间的互信息值来区分高频和低频信号;最后将经过小波去噪后的高频信号和低频信号一起进行信号重构,得到特征增强信号。试验结果表明,对于信号去噪方面,相对于VMD方法,该方法更具有优越性。     

基于经验与变分混合分解的超声回波信号噪声消除方法

超声缺陷检测结果易受超声回波信号中复杂噪声的干扰,为了提高超声缺陷检测的准确度,提出一种基于混合分解的 超声回波信号噪声消除方法。 采用经验模态分解算法结合相关系数指标对超声回波信号进行预处理,得到消除低频噪声分量 的超声回波预处理信号。 基于变分模态分解将该预处理信号分解为一系列窄带本征模态函数,引入互信息指标估计变分模态 分解的最优模态数量,并根据窄带本征模态函数与预处理信号的相关系数提取有用的模态分量,实现对超声回波信号去噪结果 的重构。 通过仿真和实测超声回波信号验证了本文方法的去噪性能,并与现有方法进行了对比。 结果表明,本文方法可同时消 除超声回波信号中的高频和低频噪声,在不同信噪比条件下 EMD、VMD 和本文方法去噪结果的 SNR 均值分别为 10. 01、9. 48 和 16. 09 dB,验证了本文方法对于超声回波信号噪声消除的优越性。     

激光超声信号去噪的经验模态分解实现及改进

考虑激光超声检测过程中噪声对缺陷和材料特征分析和检测的影响,本文以激光超声信号去噪为目的,研究了基于经验模态分解（EMD）的激光超声信号时间尺度滤波过程。针对分解过程中固有模态函数（IMF）上有用信号与噪声的混叠现象对重构信噪比的影响,结合信号多模态和宽频带的特点,提出了基于峰度检验策略的时域加窗方法。该方法通过局部峰度检验判断重构起点附近IMF中有用信号的位置及信噪分界点,利用Turkey-Hanning窗保存有用信号,抑制噪声,实现信号与噪声的解混叠,改善重构信号质量。仿真和实验结果表明,该方法具有良好的自适应性,有效识别并分离了信号和噪声成分,信噪改善比达14 dB以上,相对原始方法提升了3 dB,相对性能增强了20%,并且改进效果随信号受污染程度的加重而愈发突出,有望在高噪声水平下发挥优势。     

基于经验模分解的陀螺信号去噪

陀螺随机漂移是影响寻北精度的重要因素,小波消噪方法对小波基和分解尺度等因素依赖性较强。提出了一种新的基于功率谱密度准则的经验模态分解(EMD)去噪方法,可有效解决传统EMD去噪自适应滤波器截止阶数难以确定的难题,该方法将经验模态分解得到的固有模态函数(IMF)分为信号分量起主导作用模态与噪声分量起主导作用模态,并对噪声分量起主导作用的模态进行类似小波软阈值去噪的方法进行滤波,然后与信号分量起主导作用的模态共同对信号重建实现去噪。将该方法应用于测试信号与陀螺信号的去噪,结果表明:新方法能有效地判断噪声与信号起主导作用的模态分界点,具有良好的去噪效果,且不受主观参数的影响,具有自适应性。     

基于CEEMD与小波阈值的机械密封声发射信号自适应降噪方法

针对机械密封声发射信号容易受到环境噪声干扰,难以有效地从背景噪声中分离的问题,提出将互补集合经验模态分解(CEEMD)与改进小波阈值降噪方法相结合的声发射信号自适应降噪方法。根据白噪声经经验模态分解(EMD)后其固有模态函数分量的能量密度与其平均周期的乘积为一常数的特性,自适应地判定CEEMD信噪分量的分界点;为避免小波原阈值函数的缺陷,应用改进小波阈值函数对高频IMF分量进行降噪处理,然后同其余的IMF分量进行信号重构,完成降噪过程。对仿真信号和采集的机械密封声发射信号的降噪结果,证明了该降噪方法的有效性和可行性。     

基于自适应CEEMD的非平稳信号分析方法

由于标准的互补集总经验模态分解(complementary ensemble empirical mode decomposition,简称CEEMD)在处理模态混叠问题时缺乏自适应性,其本质是分解信号获得的本征模态函数(intrinsic mode function,简称IMF)之间产生了一定的信息耦合现象,使IMF分量不能正确地反映信号的真实成分。因此,提出了在使用CEEMD分解信号的过程中嵌入网格搜索算法(grid search algorithm,简称GSA),以最小二乘互信息(least squares mutual information,简称LSMI)为网格搜索算法的适应度函数,构造一个自适应CEEMD方法。该算法通过自适应地搜索最佳的白噪声幅值,修正信号分解过程中产生的少量的耦合频率成分,确保每个IMF分量之间信息的正交性,以进一步抑制模态混叠问题。最后,通过仿真实验验证了该方法的有效性,并将该方法用于提取滚动轴承微故障的特征频率。实验结果表明,该算法在滚动轴承的微故障特征提取应用中具有更少的迭代数、IMF分量以及相对更小的计算量。     

APEEMD及其在转子碰摩故障诊断中的应用

总体平均经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,简称EEMD)是抑制经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD)模态混叠的有效方法,针对EEMD分解效果依赖于添加噪声的大小、筛分次数和总体平均次数等参数的选择及噪声残留大、分解不完备等问题,提出了自适应部分集成经验模态分解。该方法通过成对地向目标信号加入自适应噪声,并对每个内禀模态函数(intrinsic mode function,简称IMF)自动选择筛选次数,通过排列熵检测筛分出高频IMF,再对剩余信号进行EMD分解。将提出的方法应用于仿真和转子碰摩故障试验数据分析,结果表明提出的方法能够有效地应用于转子碰摩故障诊断,而且在分量的精确性、完备性和模态混叠的抑制等方面优于EEMD方法。     

改进的正弦辅助多元经验模式分解及其在滚动轴承故障诊断中的应用

正弦辅助多元经验模式分解算法（SA-MEMD）通过在额外的通道中加入正弦辅助信号来减少模式混合,但该算法对噪声敏感,辅助信号的主频率比需要根据经验确定,为此,提出了一种改进的正弦辅助多元经验模式分解算法。首先使用非局部均值降噪对原始信号进行预处理,减少噪声对算法的干扰,其次使用短时傅里叶变换确定信号频谱范围,然后以最小集成EMD能量熵准则选择最优主频率比,最后根据正弦辅助多元经验模式分解算法的步骤进行信号处理。模拟信号和实际信号的对比分析结果证明,改进的方法可以减少传统的多元经验模式分解方法存在的模式混合现象。     

An improved decomposition algorithm of surface topography of machining

Abstract

In order to accurately decompose the surface morphology of machined surface and trace the potential errors of the machine, a comprehensive improved algorithm is proposed, which combines wavelet packet decomposition (WPD) and improved complete ensemble empirical modal decomposition of adaptive noise (Improve CEEMDAN). Firstly, the cost function is used to find the optimal wavelet packet base and the optimal decomposition tree is obtained. Secondly, under semi-hard threshold denoising, the wavelet coefficients obtained by the optimal decomposition tree can generate the denoised signal. Finally, the white noise is preprocessed to obtain the upper limit frequency and the band white noise, and the improvement of CEEMDAN is completed. The improved CEEMDAN is used to decompose the denoised signal to obtain a series of intrinsic mode functions (IMFs). The merit of this comprehensive improved algorithm is that it can improve the calculation efficiency and decomposition accuracy by adaptively finding the optimal wavelet packet base and adding band-limited white noise. Simulations and experiments results show the feasibility, effectiveness and higher accuracy of the comprehensive algorithm in decomposing surface topography.     

Impact fault detection of gearbox based on variational mode decomposition and coupled underdamped stochastic resonance

In the gear fault diagnosis, the emergence of periodic impulse components in vibration signals is an important symptom of gear failure. However, heavy background noise makes it difficult to extract the weak periodic impulse features. Therefore, the paper presents an impact fault detection method of gearbox by combining variational mode decomposition (VMD) with coupled underdamped stochastic resonance (CUSR) to extract the periodic impulse features. First, the adaptive VMD is presented to decompose the vibration signal into several intrinsic mode functions (IMFs), which can automatically determine the appropriate mode number according to the correlation kurtosis (CK) of decomposition results and extract the sensitive IMF component containing the main fault information. Next, the adaptive CUSR method is developed to analyze the selected sensitive IMF component, and the optimal system parameters are obtained by the genetic algorithm using the CK index as optimization objective function. Finally, the periodic impulse features are extracted by the output signal of CUSR system accurately. Experiments and engineering application verify the effectiveness and superiority of the proposed adaptive VMD-CUSR method for extracting the periodic impulse features in gear fault diagnosis compared to other methods.     

集成经验模态分解中加入白噪声的自适应准则

现有集成经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,简称EEMD)算法中加入白噪声的大小与集成的次数都需要人为按照经验设定,缺乏可靠性.针对此问题,提出了自适应集成经验模态分解(adaptive ensemble empirical mode decomposition,简称AEEMD)算法,并给出了一种在EEMD方法中有效加入白噪声的可依据准则.首先,计算出输入信号的幅值标准差;然后,采用高通滤波方法对输入信号进行分解,通过计算高通滤波分解后的高频分量幅值标准差和输入信号幅值标准差来确定加入白噪声的幅值标准差,在此基础之上,EEMD集成次数根据期望的信号分解相对误差和加入白噪声的幅值标准差惟一确定;最后,为了进一步提高相邻模态函数的正交性,对AEEMD分解结果进行二次处理.仿真试验验证了AEEMD方法的抗混分解能力,将AEEMD方法应用于转子油膜涡动的故障监测诊断中,提取出转子油膜涡动的故障特征,并与基本EMD算法进行了对比,结果表明,AEEMD更加精确地提取了油膜涡动信号的故障特征.     

基于CEEMDAN-PE的心冲击信号降噪方法研究

心冲击信号(BCG)是反应心脏力学特征的生理信号,能实现无电极束缚条件下的连续采集测量,然而BCG信号微弱且极易受到干扰,测量时经常会淹没在噪声中。为了有效识别BCG信号,提出一种基于自适应噪声的完全集合经验模态分解(CEEMDAN)联合排列熵(PE)的BCG降噪方法。首先,将采集到的BCG信号通过CEEMDAN分解得到一系列按频率由高到低的固有模态函数(IMF)。其次,通过PE计算各个IMF分量的值并确定有效信号的阈值范围,从而滤除信号中的高频噪声和基线漂移。最后实验结果显示,降噪后信号的幅频特性得到明显改善且信噪比较传统方法有明显提高,证明了本文降噪方法效果显著,能够有效还原BCG信号特征。