离散频谱能量重心法频率校正精度分析及改进

研究噪声对离散频谱能量重心法的频率校正精度的影响,推导了在高斯白噪声背景下用能量重心法对加对称窗的离散频谱进行校正的频率误差理论公式,分析找错和找对最大值谱线情况下的理论误差和某些情况下校正误差较大的原因,为了提高能量重心校正法的频率校正精度,提出用谱线间相位差为阈值作为选择用3条或4条谱线进行校正依据的改进措施。通过对加Hanning窗的离散频谱进行计算机仿真计算,结果表明在大噪声背景下改进的能量重心校正法有很高的频率校正精度,与理论推导十分吻合,验证了理论推导的正确性,表明改进后的能量重心法具有更高的抗噪性能,扩大了能量重心校正法的工程应用范围。     

FFT+FT离散频谱校正法参数估计精度

研究用FFT谱连续细化傅里叶变换分析法进行离散频谱校正时的参数估计误差。分析无噪声情况下频率﹑相位﹑幅值的估计误差随细化倍数的变化规律,估计精度随细化倍数的增大而提高,当细化倍数大于40时,最大估计误差几乎可忽略不计。在高斯白噪声的影响下,细化后频谱序列最大值找错的概率随细化倍数的增加而增加,综合考虑频率分辨率对频率估计精度的影响及频谱序列最大值找错的概率,提出用归一化频率估计综合误差和归一化频率估计最大可能误差两个指标评价此校正法对频率的估计精度,并基于此给出不同信噪比条件下的最优细化倍数。采用非线性最小二乘拟合法对噪声影响下的FFT谱连续细化傅里叶变换分析校正法进行改进,通过仿真模拟验证改进后该校正方法具备更高的校正精度和抗噪能力。     

频谱校正方法在激光测速中的研究

由于多普勒信号处理技术在整个激光多普勒测速(LDV)系统中起到关键作用,针对仅利用快速傅里叶变换处理多普勒信号存在精度低的问题,频谱校正方法的研究显得十分必要。通过阐述比值法、能量重心法和相位差法三种离散频谱校正方法的基本原理和仿真实验,表明三种方法均可使校正频率更加接近真实值。考虑到算法的复杂度和抗噪性能等因素的影响,选用了能量重心法对实测多普勒信号进行频率校正,且校正效果明显。     

消除负频率影响的频谱校正

采用比值法校正低频成分的参数精度比较低，其原因是模型中忽略了负频率成分的贡献。为解决这一问题，基于包含负频率贡献的频谱公式，建立新的校正方案，给出矩形窗和汉宁窗对应的校正公式，采用数值仿真对校正公式进行考核。结果表明，提出的校正公式正确，尤其是汉宁窗的频率定位精度、幅值相对精度和相位精度几乎到双精度运算的精度下限。     

离散频谱校正方法的抗噪性能研究

系统分析了四种离散频谱校正方法(比值法、能量重心法、FFT+FT法和相位差法)的抗噪性能,井通过仿真研究表明了;比值校正法校正精度高,但有插值方向错误的可能;能量重心法由于本身是一种近似方法,校正精度相对较差,但抗噪性能稳定;FFT+FT连续细化分析傅立叶变换法的校正精度和抗噪性能跟细化倍数有关;相位差法的校正精度较高,其抗噪性能与时移点数和谱分析点数有关,并且算法本身存在将相位差调整到主值区间而导致校正错误的可能。加窗总体来说都会导致抗噪性能的下降,但能够避免比值法插值方向错误的可能,也可以显著提高能量重心法的校正精度。     

基于频谱细化和相位差校正的全息谱研究

针对全息谱在频谱密集情况下精度会降低的问题,提出了基于频谱细化和相位差校正的全息谱分析方法。该方法采用复解析带通滤波器选带细化方法对以阶次频率为中心的局部区间进行细化分析,通过提高频率分辨率来消除密集频谱对精确获取幅值、相位信息的影响,运用相位差法对细化区间内的最大谱峰进行频率、幅值、相位校正,准确地提取出各阶次的幅值、相位信息,最后合成全息谱图。仿真及对柔性转子试验台振动信号的分析结果表明,基于频谱细化和相位差校正的全息谱能有效提高其分析精度,更加精确有效地诊断旋转机械的故障。     

低频成分校正的两谱线法

目前已经提出多种频谱校正方法,但是将它们应用于低频成分时其精度显著下降,这是由于相应的校正模型忽略了实信号所包含的负频率分量的影响。给出考虑负频率影响的一种显式校正方法,它仅利用局部谱峰附近的两条谱线。采用数值实验对新方法进行考核。考核算例包括无噪声、弱噪声和强噪声三种情形。研究结果表明:①新方法总体上接近无偏,但当接近整周期采样时偏差变大。②新方法的经验方差与Cramér-Rao bound(CRB)总体局势相符,前者大体为后者的1～3倍。当采样条件接近半周期采样时,方差接近CRB;当记录长度接近整周期采样时,方差反而比较大。     

计及负频率的极高频信号离散频谱校正新方法

对于机械振动与故障诊断等领域中常见的极高频(接近奈奎斯特频率)信号,传统的离散频谱校正方法存在着较大误差,负频率成分干涉严重是影响其频谱分析精度的重要因素。为提高极高频信号的频谱分析与校正精度,给出了一种计及负频率影响的离散频谱校正新方法。该方法基于Blackman窗,依据离散频谱的周期性并利用局部谱峰附近的3条谱线,建立包含正负频率贡献的离散频谱校正模型,通过对模型的求解获得频率、幅值和相位校正公式。采用频段内扫描的方式对频谱校正公式进行了仿真验证,结果表明所提方法可有效降低负频率成分对极高频信号频谱的干涉影响,提高其频率、幅值和相位校正精度。     

能量重心法的改进FFT算法分析及应用研究

研究噪声引起的谱线定位错误对能量重心法校正精度的影响。为了提高频率校正精度,在分析能量重心法理论和现有谱线选择方法的基础上,提出了一种减少谱线定位错误率的改进FFT校正算法。该算法在D. Macleod法基础上,利用谱线间的相位差确定谱线,减少了谱线定位错误。最后给出了通用的频率校正公式。仿真结果表明,改进算法谱线定位错误率低,抗噪性强,高斯白噪声条件下进行频率估计时较其他方法具有更小的均方根误差。在模拟井下套管的管道长度检测应用中进一步表明,改进方法具有更高的校正精度,有效地减少了长度测量误差。     

基于频谱校正理论的阶比跟踪分析

传统阶比分析必须在获得参考转速的前提下才能进行,这就使得某些不便安装转速计的情况无法应用阶比分析。而且对于已经采集得到的信号,也会因为缺少转速信号而无法进行阶比分析。为了解决这一问题,结合瞬时频率估计理论和离散频谱校正方法中的能量重心法,提出一种无须转速测量的阶比跟踪分析算法。这种方法利用能量重心法进行瞬时频率和幅值校正,可在精确提取参考转速的同时,一次提取出分析各阶次的幅值;算法简单,计算量相对较小,频率分辨率能自适应地变化,且分析精度受频率分辨率的影响较小;而且简化测试设备,降低测试成本。仿真和试验结果表明该方法的有效性和实用性,将进一步扩大阶比跟踪分析的应用范围。     

机械结构分析的有限元方法

通过引入可靠度的置信区间和置信度的概念,可以把机械结构分析中的随机参数转化为置信区间下的区间数,从而可以运用普通的有限元程序对含有随机参数的工程结构利用区间算法进行强度分析,讨论了在一般算法的前提下,提出了利用区间算法结合力学知识可以简化计算量的方法,最后的实例表明该方法是可行的。     

基于进化思想的汽车造型优化设计方法研究

结合遗传算法等工程方法和交互式评价等设计方法,提出一种整合了工程方法和造型方法的汽车造型优化设计方法。方法整体以进化思想为指导,首先将汽车造型设计问题映射到数学模型上,利用遗传算法生成新设计方案,并以多目标设计空间来约束生成的设计方案,再以目标车型的造型意象为标杆,采用交互式评价方式评价输出的设计方案,并将评价结果作为适应度代入遗传算法中继续迭代直至设计方案符合设计的迭代终止条件,最终形成一个综合解决多方问题的汽车造型多目标优化设计方法。以某小型两厢车车型为例,初步证明了该方法的合理性和可行性。该方法可以推广到汽车造型多目标优化概念辅助生成和汽车造型评价等领域。     

EFG法在线弹性结构形状优化中的应用研究

出现在基于有限元形状优化过程中的网格畸变与扭曲问题,可通过引入无网格方法得到解决。本文首先建立了结构形状优化的数学模型,利用无网格Galerkin(EFG)法对形状优化的设计域进行了离散,采用罚函数法来施加边界条件,借助于直接微分法建立了一种离散型基于无网格Galerkin法的设计灵敏度分析算法,然后用1个具有解析解的实例对其进行了验证,所得结果显示两者是一致的。最后利用对所建立的算法完成了1个工程实例的形状优化设计,并对所得到的优化结果结合工程应用进行了讨论。     

鱼雷可靠性评定中的 Bayes 方法

Ｂａｙｅｓ方法是在小子样产品可靠性评定中应用较多的一种方法,但产品验前分布确定得是否合理,将直接影响评定结果。在采用Ｂａｙｅｓ方法对鱼雷可靠性进行评定时,常常是将成败型分系统试验的验前分布取为β（０,０）。这种对鱼雷的成败型分系统验前分布的取法是不够科学的。本文从理论上和工程实践上说明了鱼雷产品的成败型分系统验前分布应取为β（１／２,１／２）,从而给出了由分系统试验数据折合成系统试验数据的Ｂａｙｅｓ方法修正公式。     

刚性转子自动平衡控制策略

针对无平衡块位置传感器的质量补偿型自动平衡头 ,提出了刚性转子基于影响系数法的快速平衡控制策略 ,它能不停机地辨识出系统主要特征参数 ,准确计算出平衡块的平衡位置 ,成功地解决了自动平衡耗费时间长、精度不足的问题 ,操作简便。为了尽可能减小各种随机误差对平衡精度的影响 ,还提出了递推改进算法。对该控制策略进行了计算机仿真 ,取得了较为理想的效果。     

A new correction method for high-resolution energy-dispersive x-ray analyses in the environmental scanning electron microscope

Spurious x-ray signals, which previously prevented high-resolution energy-dispersive x-ray analysis (EDS) in the environmental scanning electron microscope (ESEM), can be corrected using a simple method presented here. As the primary electron beam travels through the gas in the ESEM chamber, a significant fraction of the primary electrons is scattered during collisions with gas molecules. These scattered electrons form a broad skirt that surrounds the primary electron beam as it impacts the sample. The correction method assumes that changes in the width of the electron skirt with pressure are less important than changes in the skirt intensity; this method works as follows: The influence of the gas on the overall x-ray data is determined by acquiring EDS spectra at two pressures. Subtracting the two spectra provides us with a difference spectrum which is then used to correct the original data, using extrapolation, back to the x-ray spectrum expected under high-vacuum conditions. Low-noise data are required to resolve small spectral peaks; however, the principle should apply equally to x-ray maps and even to low-magnification images.     

利用钻孔垂向流计算多层含水层参数方法探讨

论述了在揭露多层含水层的钻孔中,利用地下水同位素示踪仪测定孔内垂向水流流速和流向计算多层含水层参数的基本原理,并经工程实例检测证实测试方法可行,参数计算精度可靠。     

非确定区间桁架结构静力分析的区间因子法

工程中的不确定性问题目前可以通过概率方法、模糊方法和区间方法来解决。本文采取了新的区间分析方法(区间因子法)研究分析区间参数非确定性桁架结构的静力分析问题。利用区间因子法可以将结构的物理区间参数、几何变化尺寸等表达为其确定性量和区间因子的乘积,进而结构的位移和应力响应也就能表达为区间因子的函数。分析了算例中结构参数和外载荷的不确定性对结构响应的影响,并进行了对比和讨论,验证了本文方法的合理性与可行性。     

利用网格法对圆柱型螺旋压缩弹簧的优化设计

为了克服现行的一般利用连续变量的优化方法处理含有离散变量问题时可能得不到最优解的弊端,本文提出了网格法并利用网格法对圆柱型螺旋弹簧进行了混合离散优化设计。在建立数学模型过程中考虑了约束的模糊性,运用模糊数学理论对模型进行了模糊处理从而得到能够满足工程需要的优化方案。结果表明,该方法算法简单,编制程序容易,优化效果明显,适合于低维的含有离散变量的工程问题的优化。     

基于改进 EMD 方法的 FBG 传感网络光谱基线校正研究

针对光纤布拉格光栅(FBG)传感网络中,由于环境条件导致的光谱信号基线漂移问题,本文提出一种基于改进经验模态分解(EMD)的光谱信号校正方法。用该方法对仿真数据处理,处理后光谱可通过设置阈值划分出各FBG反射峰区,验证了改进EMD方法的可行性。通过实验采集在光纤通路损耗及端面反射影响下、产生基线漂移情况的FBG传感网络光谱信号,并使用改进EMD法、小波软阈值法和惩罚最小二乘法进行实时的光谱校正处理,运用高斯非线性拟合法计算正常和校正后光谱的各FBG中心波长。结果显示,运用改进EMD法校正后计算的各FBG中心波长,传感信号存活率分别提高48.9%和61.6%,平均偏差和偏差标准差最小,分别为4.33、6.28和6.01、6.58 pm。该方法校正后的光谱信号能为物理量检测提供可靠信息。