Lamb波波包混叠分离方法的结构损伤定位

基于Lamb波信号延时累加的结构损伤成像方法具有结果准确、计算量小等优点,然而在复杂的航空结构中,Lamb波非常容易产生反射,由于Lamb波频散效应,导致多个波包混叠,从而影响定位的准确性。针对这些问题,提出了一种频散波包的分离补偿方法。首先,理论分析并得到了带有频散效应的波包混叠和函数模型,提出了和函数的隐变量参数求解方法;其次,采用数值仿真验证了算法对于波包分离和重构的有效性;最后,通过飞机复合材料加筋壁板的损伤定位实验验证了波包分离法在复杂边界条件下去除反射波伪损伤投影和频散补偿的能力,提升了损伤定位的准确度和成像的分辨率。     

基于海杂波图像的海表层流信息提取算法研究

海表层流信息提取是X波段雷达测量海浪信息的关键技术之一.为了获取实时、高精度的海表层流信息,解决目前常用算法依靠经验选取阈值精度不高、适应性差的缺点,提出了基于自适应阈值选取技术与平均加权最小二乘法的海表层流反演算法.自适应阈值选取技术能够根据图像中海浪信号的强弱不同,实现雷达图像谱中海浪信号与背景噪声的准确分离,从而最大限度地提取海浪谱,反演海表层流信息.平均加权最小二乘法考虑整体海浪谱影响,将所有的谱分量同等对待,得出测量海区的平均表层流.运用实测X波段雷达图像进行实验,结果表明改进算法的反演精度较常用算法有较大的提高.     

同步压缩小波与希尔伯特-黄变换性能对比

经验模式分解(empirical mode decomposition简称EMD)中包络均值代替信号实际均值的算法误差,使其在处理复杂多频振动信号时易出现模式混叠,引起分析误差。针对这一问题,采用同步压缩小波变换(synchrosqueezed wavelet transform,简称SWT)根据时间-尺度平面中各元素模的大小,对平面内的能量进行重新分配,通过映射关系将时间-尺度平面转化为时间-频率平面,获得频率曲线更加集中的时频表达。这一方法的正交性与算法自身良好的数据驱动性降低了模式混叠引起的时频分析误差,多组分仿真信号时频特征提取证明了SWT的优异时频特性,利用旋转机械不对中振动位移信号进行了实测数据分析。结果表明,SWT能够精确描述谐波信号的频率构成,且所获时频能量分布集中,时、频域定位精度高,为机械设备的状态监测与故障诊断提供了一种新的时频分析手段。     

X-band雷达图像中降雨干扰的识别与抑制

针对雷达进行海浪遥测时降雨对雷达波传播和海浪参数反演的影响,提出一种基于质量控制、三维表面粗糙度评定参数及信噪比的降雨资料识别与处理方法来提高海浪参数反演结果的准确度。首先,分析降雨对雷达遥测海浪及海面回波特性的影响,利用质量控制功能判定存在问题的图像。然后,根据回波图像的三维表面粗糙度的相关评定参数以及信噪比的具体变化趋势确定引起雷达图像产生问题的具体原因,确定受降雨影响的图像。最后对受降雨影响较轻的图像进行频域滤波处理,并将反演结果、未作处理的反演结果与参考值进行对比。实验结果显示:周期的相对误差减小了19.13%;波向测量误差减小了10.54°,表明该方法能有效地区分降雨与非降雨图像,并有效处理降雨图像,提高海浪参数反演的准确度。     

Identification and suppression of rain interference on X-band radar images

针对雷达进行海浪遥测时降雨对雷达波传播和海浪参数反演的影响,提出一种基于质量控制、三维表面粗糙度评定参数及信噪比的降雨资料识别与处理方法来提高海浪参数反演结果的准确度.首先,分析降雨对雷达遥测海浪及海面回波特性的影响,利用质量控制功能判定存在问题的图像.然后,根据回波图像的三维表面粗糙度的相关评定参数以及信噪比的具体变化趋势确定引起雷达图像产生问题的具体原因,确定受降雨影响的图像.最后对受降雨影响较轻的图像进行频域滤波处理,并将反演结果、未作处理的反演结果与参考值进行对比.实验结果显示:周期的相对误差减小了19.13％;波向测量误差减小了10.54°,表明该方法能有效地区分降雨与非降雨图像,并有效处理降雨图像,提高海浪参数反演的准确度.     

基于星载SAR多普勒速度反演海表流场算法的研究

基于星载合成孔径雷达(SAR)多普勒频移方法(DCA)估计海洋表层流场的技术已日趋成熟,但其反演算法的流程较为复杂,需要对多普勒频移的值进行多次修正。在DCA的基础上,Chapron等提出了多普勒速度与海表流场、海面风场之间的关系模型。本文结合DCA技术、Chapron的模型和M4S微波成像仿真模型,建立了雷达视向海表流速与多普勒速度之间的关系,引入线性回归的思想对公式中的参数进行了计算,并依此给出了海流的反演结果。与DCA方法相比,本文算法减少了计算量,且反演流程得到了优化,仿真反演结果的流速误差不大于0.06m/s,流向误差不大于1°。     

用于海洋仪器供电的低流速海流能发电技术研究

针对海洋仪器通常远离海岸线,远离电网,传统的电网供电方式实施难度大、成本高昂的问题,为了满足这一特殊应用需求,对海流能发电技术中的低流速发电和能量管理两项关键技术进行了研究,重点解决了机组在低流速下启动和能量管理问题。在理论分析的基础上,设计制造了一台三叶片叶轮结构、额定功率为500瓦的低流速水平轴直驱型海流能发电样机,并设计了与之匹配的能量管理系统和PC机端监控界面。试验结果表明:机组在低流速时能正常启动,额定流速时满功率发电;能量管理系统能实时监测发电系统的各项电气参数,控制功能响应迅速;整个系统连续运行稳定、可靠。     

基于小波包移频算法的AR功率谱在滚动轴承故障特征信息提取中的应用

为克服经典的小波包迭代算法由于小波包分解过程中的隔点采样而发生的频率混叠现象，本文采用移频算法进行小波包分解与重构，以1#、2#、3#这3个608滚动轴承(其中1#轴承工作正常，而2#、3#轴承工作异常)进行分析。先通过小波包分解提取这3个轴承振动信号的频带能量特征以确定2#、3#轴承故障特征信息所在的频带。并按这些频带分别对2#、3#轴承的振动信号进行小波包重构。通过对重构信号的基于AR模型的功率谱分析以实现滚动轴承故障特征信息的自动提取．从而对2#、3#轴承的故障作出诊断。     

基于压电纤维传感器应力波方向检测的结构冲击定位研究

冲击定位监测是飞行器结构健康监测的重要研究课题。 基于应力波方向检测的冲击定位方法可有效克服传统的到达 时间方法依赖波速的应用局限性,适合飞行器复杂结构的冲击定位监测。 本文分析了压电纤维对冲击应力波的响应特性,针对 板结构冲击应力波信号具有宽频、频散与多模态成分混叠等特征,采用 Shannon 复数小波变换提取应力波能量峰值窄带信号, 通过仿真与实验研究表明低速冲击板中产生的应力波主能量成分为 A0 模态 Lamb 波;基于压电纤维对 Lamb 波的方向响应特 性,优化制备了 45°“应变花”结构的压电纤维传感器,以能量峰值窄带 Lamb 波传播方向表征应力波传播方向,提出了基于压电 纤维传感器应力波方向检测的冲击定位方法。 实验结果表明提出的基于压电纤维传感器应力波方向检测的冲击定位方法准确 有效,平均距离定位误差为 17. 2 mm。 研究成果提供一种应力波方向传感器及不依赖应力波波速的结构冲击定位方法,具有一 定的理论研究意义和工程应用价值。     

基于完全抗混叠DTCWPT和包络谱熵的轴承故障诊断

针对经典小波包和双树复小波包(dual tree complex wavelet package transform,DTCWPT)能量泄漏和频率混叠的缺陷,提出完全抗混叠的DTCWPT改进算法,该算法解决了经典小波包存在负频率以及经典小波包和DTCWPT滤波器频率不完全截止问题。根据高斯白噪声频率充满整个频带的特性,通过小波包变换对高斯白噪声进行分解,利用频带能量泄漏的定量分析方法,验证了改进DTCWPT具有完全的抗频带能量泄漏特性。将改进DTCWPT方法和包络谱熵引入到轴承故障诊断中,该方法的核心是:对轴承振动信号进行改进DTCWPT变换得到不同尺度的分解信号,分别计算各分解信号的包络谱熵,合并熵值较小的几个分量信号的包络谱,最后根据合并的包络谱来检测轴承故障。该方法在消除经典小波包变换和DTCWPT频率混叠和能量泄漏的同时还解决了小波包分量选择盲目的问题。最后应用轴承故障试验数据对该方法进行试验验证,结果表明:改进DTCWPT结合包络谱熵选择的方法能够很好提取出轴承故障特征频率的基频、倍频,提高了轴承故障的诊断效果。     

基于抗混叠轮廓波变换系数分布模型的去噪算法研究

针对轮廓波变换存在频谱混叠致使其难以获得理想的去噪效果这一问题,本文提出一种基于抗混叠轮廓波变换系数分类的混合模型图像降噪算法.该算法通过计算变换系数的尺度间相关性,将系数分为重要系数和非重要系数两类,并对二者分别采用广义非高斯二元变量分布与零均值高斯分布建模,在Bayes框架下对原始图像进行估计.实验研究结果表明,以Barbara图像为例,当噪声方差σ=30时,本文算法不仅峰值信噪比(PSNR)超过Contourlet-HMT模型去噪2.72 dB,且主观视觉效果上亦均优后者,同时还具有较高的计算效率.     

窗口伸缩优化的同步压缩算法及其在变转速工况瞬时频率估计上的应用

针对传统时频分析方法的固定窗在分析非线性调频信号时存在时频聚集性不高等问题,在短时傅里叶变换基础上引入同步压缩理论,利用信号的局部信息特征,提出一种窗口伸缩优化的时频同步压缩变换算法,并在此基础上推导出二阶及高阶的窗口伸缩优化的同步压缩变换算法.该方法能够兼顾同步压缩变换和重排的优势,进一步锐化时频脊线,从而增强时频表...     

基于自适应滤波的超声TOFD的近表面缺陷检测

为了解决超声衍射时差法图像近表面盲区直通波与缺陷信号混叠的问题,提出了一种基于自适应滤波的近表面缺陷信号处理方法。采用Comsol软件建立了TOFD近表面缺陷的二维有限元模型,根据超声波传播过程及A扫描信号分析了近表面盲区产生的原因;通过RLS自适应滤波算法分别对距离上表面3 mm和10 mm的仿真信号进行了处理,有效分离出了一维混叠信号中的缺陷信号,经过数值计算得到了误差较小的缺陷长度信息;利用自适应滤波技术对TOFD图像进行了处理,完整地将隐藏在直通波下的缺陷信号提取了出来。研究结果表明:RLS自适应滤波能够有效解决近表面盲区问题,提取混叠在直通波下的近表面缺陷信号。     

变分模态分解在轴承故障诊断中的应用

通过构造仿真信号,对比分析了VMD与EMD算法在分解过程中存在的模态混叠、伪分量、端点效应等问题,并将VMD算法与谱峭度相结合用于滚动轴承故障信号的分解与重构,通过包络谱分析进行故障判别,结果表明:VMD算法能实现信号频域内各分量的自适应剖分,在分解性能上优于EMD算法,能更好地刻画故障信号的包络谱特征。     

X波段雷达图像同频干扰的抑制方法研究

X波段雷达图像中,数据是按线存储的,同频干扰在图像上表现为射线状噪声或斑点噪声.为去除雷达图像中的同频干扰噪声,根据同频干扰在雷达回波图像中的特性,提出一种基于拉普拉斯边缘检测算子的噪声检测算法.首先利用基于拉普拉斯边缘检测算子改进的检测方法,将雷达图像分为灰度值渐变区域和突变区域;接下来通过设定阈值检测到同频干扰的位置;最后利用临近非噪声点线性插值噪声点.利用本文方法对32幅随机的雷达图像进行处理,实验结果说明该方法能有效滤除同频干扰.与传统的滤波算法进行对比,实验结果表明本算法不仅能很好地检测到同频干扰噪声,还能更有效地去除噪声,尽可能地保留原来海浪的回波信息.     

基于NPCA的后非线性盲源分离方法

提出一种基于非线性主元分析和H∞滤波算法相结合的后非线性盲源分离方法,首先根据后非线性混叠的线性时变模型构造用于求解时变解混矩阵的非线性主元分析代价函数,然后利用H∞滤波算法优化其函数来恢复混合在非线性观测信号中的源信号,该方法仅需要源信号统计独立特性的先验信息。仿真实验结果表明,该方法不仅能以比其他传统方法更好的估计性能分离服从超高斯和亚高斯不同分布的源信号,还能在线动态地实现信号的后非线性盲分离。     

基于同步压缩广义S变换的发动机故障诊断

为提高发动机故障诊断准确率,提出了基于同步压缩广义S变换（synchrosqueezing generalized S?transform,简称SSGST）与中心对称局部二值模式（center?symmetric local binary patterm,简称CSLBP）的故障诊断方法。首先,针对信号时频分析中的能量泄露、频谱涂抹、频带混叠和时频分辨率较低的问题,基于同步压缩算法与广义S变换提出了SSGST,对缸盖振动信号进行时频分析得到时频聚集性较高的二维时频图;然后,利用CSLBP提取缸盖振动信号时频图的纹理谱特征,并将其输入交叉验证寻优的核极限学习机对发动机进行故障诊断。实验结果表明,SSGST的能量聚集效果好,时频分辨率高,各频带分布较窄且不存在混叠,能够有效分离出非线性混合信号中的各频带分量;时频图的CSLBP纹理谱特征维数较低,且具有良好的类内聚集性和类间离散性;利用交叉验证寻优的KELM对故障特征进行分类,实现发动机故障诊断,获得了较高的诊断速度和精度。     

基于Shannon小波能量熵与FFT的电力系统谐波检测方法研究

利用小波变换的频带划分能力和小波熵对扰动信号检测能力,结合傅立叶变换准确的频域分辨能力,提出一种基于傅立叶变换及小波能量熵联合的电力系统谐波检测改进算法。分析了快速小波变换中小波混叠产生的原因,并提出解决方法。根据电力系统谐波的特点,建立谐波信号数学模型,基于该模型利用Matlab对算法进行仿真验证;利用DSP实验台,对改进算法进行实用化测试。     

基于稀疏分解的轴承双冲击特征提取

旋转机械的轴承部件出现裂纹或凹坑时,会产生稀疏的双冲击信号,在故障早期时,双冲击信号会发生混叠现象。在稀疏分解过程中,传统的高斯最大原则无法准确提取故障信号原子。笔者通过分析冲击类故障双冲击信号的特点,研究双冲击混叠时时频因子与双冲击间隔之间的关系,构造冲击信号最优邻域,并提出一种邻域正交匹配追踪算法。在每次迭代中选取内积最大原子周围的部分原子组成子框架,计算振动信号在当前框架下的表示,再进一步计算残差信号,并进行下次迭代,直至满足迭代终止条件。通过仿真试验和故障实例分析发现,该方法能避免过匹配现象,并准确提取双冲击成分,从而计算出双冲击信号的时间间隔,对故障程度进行判定。     

基于导波基函数投影变换的单模态超声导波提取方法

由于超声导波的多模态特性和频散特性,实际检测时在同一激发频率下存在多种模态的混合信号,影响导波检测的灵敏度。针对上述存在的问题,在建立导波频散信号的数学模型的基础上,提出一种基于导波基函数投影变换的单模态超声导波提取方法。首先根据频散传递函数建立各模态导波信号的数学模型,将各模态导波信号构建为一组导波模态基,之后,以模态基函数为投影变换核,对接收信号进行投影变换,从而实现多模态混叠信号中单模态导波信号的提取。通过对板中的Lamb波S₀、A₀和A₁混合模态仿真和实际信号处理试验表明,提出的方法无需频散补偿即可实现多模态混叠信号中单模态导波信号的有效提取。