基于瞬时频率估计的自适应Void-Kalman阶比跟踪研究

结合旋转机械启停阶段振动信号的特点,提出了一种基于Viterbi算法和短时傅里叶变换（STFT-VA）的瞬时频率估计算法,STFT-VA算法在高噪声、临近阶比和交叉阶比情况下有较高的精度。实现了基于STFT-VA算法的自适应Void—Kalman阶比跟踪（AVKF—OT）,和传统的以硬件实现的Vold—Kalman阶比跟踪（VKF—OT）相比,此方法具有无需转速计等硬件、用纯软件的方法实现。实验结果表明,该方法能够在时域中准确地提取幅值和复杂频率变化的阶比,适合于复杂旋转机械振动响应特征提取。     

参数对自适应Vold-Kalman阶比跟踪影响的研究

对提出的基于瞬时频率估计的自适应Vold-Kalman阶比跟踪(AVKF_OT)新方法的实现过程进行了详细的描述。对影响AVKF_OT结果的三个主要的参数(权重因子r、滤波带宽BT和跟踪时间RT)进行了详细的分析,讨论了三个参数之间的关系,并以数学方式表达。通过仿真试验和卧式螺旋离心机验证了参数在AVKF_OT实现过程中的影响和作用。     

无转速计的旋转机械Vold-Kalman阶比跟踪研究

结合旋转机械升降速阶段振动信号的特点,提出了一种无转速计的旋转机械Vold-Kalman阶比跟踪方法。该方法利用能量重心法对振动信号进行频谱校正,估计瞬时频率,获得参考轴转速信号,再对振动信号进行Vold-Kalman阶比跟踪,提取阶比分量。与需要转速计的经典Vold-Kalman阶比跟踪方法相比,该方法无需鉴相装置,完全用软件方式实现,算法精度高。仿真和应用实例分析结果表明此方法能够在时域中准确地提取幅值和频率变化的阶比分量。     

基于瞬时频率估计阶比法的电机振动信号分析

电机转轴是电机中至关重要的精密零部件,运用信号分析的方法,可对电机转轴进行预估评价。为提高电机转轴的安全性,降低事故率,利用瞬时频率估计法与阶比法计算分析电机的振动信号,并进行电机实际缺陷情况下的验证试验。结果表明,基于瞬时频率估计阶比法能对信号进行有效降噪处理,准确地预测故障缺陷的具体位置。     

用多项式模型和自适应滤波估计瞬时频率

本文论述了非平稳信号瞬时频率(IF)的估计方法,包括基干最小均方误差(LMS)算法或递推最小二乘(RLS)算法的自适应IF估计方法和基于信号相位多项式模型的IF估计方法。对各种估计方法的估计方差与理论方差下限进行了比较。说明了,基于互Wigner分布的估计方法所需信噪比(SNR)门限值最低。在低SNR、短信号记录的情况下,用多项式相位模型与最大似然法可以获得比较可靠的IF估计。     

基于改进峰值搜索法的旋转机械瞬时频率估计

提出了一种用于提取转子瞬时频率的改进峰值搜索法,并将该方法应用于旋转机械阶比跟踪。改进的峰值搜索法将瞬时频率中相邻两点一阶导数的差值作为搜索峰值是否合理的判别条件,避免了传统峰值搜索法在干扰信号作用下提取到的虚假峰值,提高了瞬时频率的估计精度。仿真实验表明,改进的峰值搜索法能够降低干扰信号对瞬时频率提取的影响,效果优于传统的峰值搜索法。用该方法对实测转子升速振动信号进行阶比分析,取得了良好的效果。     

基于分数阶傅里叶变换的邻近阶比分离研究

提出了一种基于分数阶傅里叶变换（Fractional Fourier Transform, FRFT）的邻近阶比分离方法。根据变速器输入轴转速信号及传动比确定FRFT最佳阶次,对变速器升速过程振动信号进行最佳阶次FRFT,在该分数阶域分离邻近阶比分量,并对分离出的单分量信号进行阶比分析。试验结果表明,根据转速信号确定FRFT最佳阶次,准确、快速、鲁棒性好,并具有自适应性;最佳阶次的FRFT能准确分离提取邻近阶比分量,对分离出的目标阶比分量进行单分量分析,能有效解决邻近阶比胶合问题。     

FFT幅相联合的快速高精度频率估计方法

快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform,FFT）常用于信号频率估计,采用填零的方法可降低幅度谱频率搜索间隔的量化误差,但是会使频率估计的计算量成倍增加。本文提出了一种FFT幅相联合的快速高精度频率估计算法,首先利用信号采样的频谱序列和尾首样本差确定幅度谱及峰值位置,然后由频谱序列在幅度谱峰值位置和信号采样的尾首样本差来确定频率搜索间隔的量化误差校正值。因此,所提方法同时利用了幅度谱峰值的位置信息与相位信息。分析结果表明,与仅基于幅度谱搜索的FFT算法相比,所提方法的计算复杂度更低,且定位精度更高。     

旋转机械非稳定信号的伪转速跟踪阶比分析

旋转机械非稳定信号阶比分析技术，是旋转机械特征分析的重要内容。本文提出并介绍了用时频分析技术中的瞬时频率估计实现伪转速跟踪阶比分析的方法。和传统方法相比，本方法无需转速计和鉴相装置等辅助硬件手段，简化了阶比分析的实现。介绍了借助本方法实现的阶比谱、阶比谱阵和跟踪阶比谱等阶比分析技术的方法，并通过实际测试验证了其有效性。本方法是对已有方法的有力补充，特别适合虚拟测试仪器发展的要求。     

一种基于相位匹配的高精度估计正弦信号频率新方法

为高效估计出正弦信号频率,从离散傅里叶变换定义式出发,总结出其本质是利用相位匹配原理使信号矢量序列求和最大.据此推导出任意频段的离散傅里叶变换计算方法,该方法可实现信号频率的高精度估计.推导出相应的变换矩阵,分析了该方法的各种特点,最后进行了仿真验证.     

基于最大坡度法提取非平稳信号小波脊线和瞬时频率

提出一种基于最大坡度法的非平稳信号小波脊线提取和瞬时频率识别新方法。该方法首先对非平稳响应信号进行连续复Morlet小波变换,其时间轴、小波尺度轴及小波系数模值构成一个三维坐标系（x, y, z）;其次从预先设定的小波脊线初始点出发,在一定范围内进行搜索,并分别计算其在时间-尺度平面（x-y）的距离、z方向的距离及小波脊线的坡度值。最后,求解位于最大坡度方向上的各空间点并将其连接成线即为所求的小波脊线。采用三个非平稳信号数值算例和一个拉力时变的拉索试验验证了最大坡度法的有效性,并与基于小波系数模局部极大值的脊线提取方法、动态规划法及瞬时频率理论值进行比较。数值模拟和试验结果表明,该方法能够有效提取非平稳响应信号的瞬时频率,且识别精度优于基于小波系数模局部极大值和基于动态规划的小波脊线提取方法。     

振动调频信号的时延二次变换解调研究

调频信号在频谱上具有与调幅信号相同的频率分布特征，然而，轴承和齿轮故障诊断中常用的解调方法却只适用于调幅信号，不能分析调频信号。基于以上问题，从确定调频信号频率分量幅值的贝塞尔函数的性质出发，分析了平方解调法不能对调频信号进行解调的原因。分析过程中发现由于贝塞尔函数的一些特殊性质，使得常用的解调方法不再适用于调频信号。针对这个原理，本文提出利用时延二次变换（信号与时延信号的乘积）打破调频信号边频分量的贝塞尔函数的特殊性，使得变换之后的信号中包含有调制频率，从而实现了对调频信号的解调。     

基于单变量分析的自适应响应面法

由于简便易行,响应面法在结构可靠度分析中获得了众多关注,其中尤以不考虑交叉项的二次响应面应用最为广泛。然而,对于与强非线性相对应的复杂极限状态曲面,二次响应面的近似精度显然不够,从而引起可靠度估计的较大误差。虽然理论上高次响应面法可以解决这一问题,但待定系数的急剧增长导致计算效率降低甚至无法实现。为此,该文以多变量函数的单变量分析为基础,提出了一种合理确定高次响应面形式的算法,可以有效地减少响应面中待定系数的数量,降低了计算的困难,并且针对可能出现的问题提出了改进措施;此外,基于数论选点策略,发展了一类适用于响应面法的数论选点方案。最后,通过算例分析对建议算法进行验证,结果表明该算法具有较好的精度和效率。     

线性元时程积分按最大模自适应步长公式的证明

该文对运动方程时程积分解法曾提出一种线性有限元自适应步长求解的算法,给出了按最大模自适应步长的计算公式,其中含有步长h的5/2阶的分数阶次。该文对该公式给出数学证明,并通过单自由度和多自由度的数值算例验证了其5/2分数阶次是最优的。     

基于频响函数和遗传算法的结构损伤识别研究

提出一种基于频响函数和遗传算法的结构损伤识别方法.以单元刚度折减因子为遗传算法的优化变量,以测试频响函数和计算频响函数的形状相关系数来构造遗传算法的优化目标函数和适应度函数;为克服二进制编码的缺点,采用浮点数编码方案;最后通过一个桁架结构模型进行数值模拟,计算结果表明,即使在考虑一定测量噪声水平的情况下,仍然能够准确识别出结构的多处损伤,验证了该方法的有效性和可行性.     

地震地面运动局部谱密度的小波变换估计

已有的不少研究表明,地震地面运动的时频非平稳特性对结构响应有着很大的影响,对这种影响考虑的准确与否直接涉及结构分析的安全性。因此采用能反映时频非平稳特性的时变谱密度(即局部谱密度)来描述地震地面运动是非常必要的。首先从理论上比较了几种局部谱密度的估计方法,指出利用小波变换来估计局部谱密度在精度和速度方面有着相当的优势,有利于局部谱密度在地震动模型化、结构随机响应分析以及动力可靠度评价等方面的应用。然后通过具体算例,对理论分析进行了验证。     

基于分数阶傅里叶变换的水声信道参数估计

准确估计水声信道参数,对提高通信系统的性能有着重要的意义。Chirp脉冲有良好的相关性,常被用作信道探测信号。鉴于分数阶傅里叶变换(Fractional Fourier Transform,FRFT)对chirp类信号的处理特性,用chirp信号作为测量信号,FRFT作为后端处理技术,可以得到很好的处理效果。研究了基于FRFT的水声信道多途时延和多普勒频偏参数估计的原理和方法,该方法通过发射具有正、负调频斜率的组合线性调频信号,在接收端根据FRFT幅值输出的峰值位置估计信道参数。仿真结果表明,此方法计算量与FFT相当,且有较高的估计精度。     

激光多普勒效应在爆炸冲击测量中的应用研究

将激光多普勒效应应用于爆炸圆筒实验中,实现了圆筒表面形变过程的动态测量.系统采用了外差式纵向激光多普勒测量结构,利用1/2波片、1/4波片与偏振分光棱镜相结合及外差式参考光结构,有效地提高了多普勒信号的强度与信噪比.在信号处理方面,采用了短时傅里叶的频谱分析方法,提高了系统噪声适应能力和信号处理速度;另外采用了相位差频谱校正技术,实现了频率细化和精度提高.最后给出了在不同爆炸载荷条件下的圆筒实验测量结果.     

基于短时傅里叶变换的水声OFDM时间同步方法

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术具有抗多径、频带利用充分、传输数据率高的优点,在水声通信中具有重要的发展前景。由于多普勒频移和多径时延的存在,需对OFDM信号进行时间同步。同步不准会引起OFDM水声通信中符号间干扰和子载波间干扰,提出了一种基于叠加单频序列的短时傅里叶变换(STFT)时间同步方法,该方案首先提取叠加在OFDM符号上的单频信号,对该信号进行短时傅里叶变换,随后对其时频幅度谱进行分析,利用平坦区域确定同步时刻。仿真和试验结果表明,该方案有效可行。     

一种新的估计多项式相位信号瞬时频率的参数化时频分析方法

通过多项式非线性核函数取代线性调频小波变换中的线性核函数,提出一种新的参数化时频分析方法：非线性调频小波变换。对瞬时频率是时间任意连续函数的信号而言,选择合适的多项式核特征参数,非线性调频小波变换的时频分布有良好的时频聚集性。应用非线性调频小波变换分析任意阶次多项式相位信号。由于非线性调频小波变换的性能取决于多项式核特征参数,本文还给出非线性调频小波变换的核特征参数估计算法,进一步可实现多项式相位信号的瞬时频率和参量估计。仿真信号验证算法的有效性。