魏格纳-维尔分布在机载武器振动应力研究中的应用

以时频分布的交叉干涉项为引线,简述W inger-V ill分布和由其演化的几种时频分布方法、特点以及时频分布的重排原理,通过实例比较了这几种时频分布方法在实际信号处理中的应用效果,结果表明,重排后的时频分布可以有效地抑制交叉项与提高信号的时频聚集性,从而为准确定义机载武器的试验时间提供理论依据。     

基于自适应线性调频小波的多孔孔板气液两相流动态差压信号的时频分析研究

气液两相流在流动过程中表现出非平稳的特性,简单的频域分析或时域分析方法不能很好地分析信号的波动特性,所以引入了时频联合分析方法。时频分析能看到气液两相流差压信号的能量强度和密度的分布,通过多次实验发现泡状流时能量主要分布在10~35Hz 的高频段内,能量强度小;弹状流时能量主要集中分布在0~5Hz 低频段和10~35Hz 高频带内,能量明显增大;塞状流时能量主要集中分布在0~5Hz 低频段内,能量强度是3种流型中最大的。为了研究气液两相流的动态特性,通过多孔孔板流量计在水平管气液两相流中采集得到不同流型的差压信号,采用自适应线性调频小波时频分析方法分析动态差压信号。具体步骤:首先分析信号的分解次数,残余的信号能量低于总信号能量的10%,即可认为被完全分解,对分解后的结果进行分析,得到不同流型的时频分布特征,具有很高的时频分辨率,时频谱图中显示出不同流型分量信号的时频分布特征;然后从时频谱图中提取3个特征值建立三维散点图,图中显示了信号特征值和流型之间的关系,并通过散点图分析不同特征值对气液两相流中信号的流型的影响,达到流型识别的目的。Chirplet 变换具有较高的时频分辨率,能消除噪声的干扰,信号的瞬时频率信息可以清楚地显示出来。     

非平稳脉动压力数据的SPWVD时频分析技术研究

对于高速风洞中进行的非定常流动脉动压力实验,由于传统的Fourier变换无法表示脉动压力频谱特性随时间的变化规律,因此必须借助时频分析工具进行数据处理.根据非定常流动脉动压力信号的特点,通过对几种时频分析方法进行理论分析与比较,确定Smooth Pseudo Wigner-Ville Distribution(SPWVD)方法是比较合适的分析工具.通过对实验数据进行处理,发现SPWVD具有较好的时频聚集性,能够有效地消除二次型分布固有的交叉项干扰;基于SPWVD的时频分析技术能够刻画出某实验舱门开闭过程中脉动压力的能量密度、瞬时功率以及能量谱密度随时间、频率的分布特性与动态变化;在流场参数发生改变时,SPWVD能够正确地反映出脉动压力特性随流动形态的变化.     

基于Lamb波和匹配追踪方法的结构损伤定位

提出一种基于Lamb波和字典库为Chirplet原子的匹配追踪方法的板结构损伤定位方法.首先针对Lamb 波监测的特点,提出了匹配追踪方法的快速实现方案,将信号分解为多个Chirplet原子的线性组合;然后建立了Lamb的弥散效应与Chirplet原子的调频斜率之间的关系,表明Chirplet原子能准确地匹配失真变形的窄带脉冲信号,并能识别Lamb波的模态;根据损伤前与损伤后的信号差,提出了一种可以分辨多损伤散射信号的损伤定位方法.最后通过数值仿真、各向同性板结构实验和蜂窝夹层复合材料结构实验,验证了该方法的可行性和有效性.     

基于小波分析的飞行器结构紧固件松动故障分析方法

基于小波分析方法提出一种飞行器结构紧固件松动故障分析方法。该方法通过对振动信号进行连续小波变换得到振动信号能量在时频域的分布,比较正常信号和故障信号频带的变化规律,实现对紧固件松动故障分析。时频分析结果显示,小波分析方法可以准确跟踪振动过程中信号频率的瞬变特性,且频带清晰,故障特征明显,为今后结构紧固件松动故障分析提供一种有效途径。     

神经网络在未来超分辨雷达中的应用

最新的技术发展已为研制超分辨雷达创造了条件。它能够突破普通雷达基于匹配滤波原理的分辨能力,而实现超分辨。超分辨雷达的巨大计算量通常来自求解非线性最小二乘问题时的多维搜索。本文针对这一问题,研究了雷达信号处理中的两个典型例子:(1)利用阵列处理检测个数已知而方向未知的雷达目标;(2)对波音727飞机进行超分辨距离多普勒成像。说明Hop-field神经网络通过集体运算能够求解各种困难的最优化问题,因而在未来的超分辨雷达中有广阔的应用前景。     

S模式前导脉冲过零点提取与TOA时间戳精确度研究

前导脉冲信号到达时间（Time of arrival,TOA）估计精确度直接影响多点定位精确度。在差分匹配滤波器数学模型基础上,分析理想脉冲信号差分匹配滤波器TOA精确度与采样频率的关系。讨论非理想脉冲信号之间的时间结构关系,提出基于S模式前导四脉冲信号构造差分匹配滤波器校准时间戳的改进算法,实现过零点的准确估计。从信噪比、采样频率和复杂度仿真数据输出的均方根误差对比可见,通过四脉冲滤波获得的TOA精确度要比单脉冲和双脉冲滤波获得TOA精确度高。匹配滤波器和差分匹配滤波器TOA精确度对比分析结果表明,修正的差分匹配滤波器算法有更好的效果。在采样频率 40 MHz、信噪比为40 dB时,四脉冲信号差分匹配滤波器TOA精确度为0.402 7 μs,远远小于国际民航组织规定的时间误差精度最大值25 μs。最后实际空管运行数据验证结果证明了本文修正算法估算TOA的精确度和可用性。     

绕水翼空化非定常动力特性的时频分析

为了解绕水翼附着空化的流体动力特性,用实验方法研究了绕水翼的空化流动现象.实验在空化水洞中完成,采用高速摄像技术观测了不同空化阶段的空穴形态.并测量了水翼所受的升阻力.利用时频分析中的Choi-Williams变换和小波变换对水翼升力信号进行了分析处理,得到了水翼升力信号在不同空化阶段的时频特征.结果表明:在不同的空化阶段,对应于各种不同的空化形态,其流体动力的频谱特性也表现了不同的特点.在没有空化产生时,水翼升力的时频无规则,升力随时间的变化不存在周期性;在片状空化阶段,升力信号变化的频率随着空化数的减小而减小;在云状空化阶段,空穴波动增强,升力信号的周期性更加显著,而此时频率基本不随时间和空化数变化.     

MPT方法中的纳米粒子识别技术

多粒子追踪(MPT)是测量粒子布朗运动的一种方法.在200nm粒子扩散系数实验测量中,对MPT方法中的粒子识别和粒子匹配两个重要环节提出改进:在粒子识别时,通过调节灰度阈值并检测光斑面积的改变,可有效分别真实粒子和光晕引起的"伪粒子";在粒子匹配中,将手动追踪和程序追踪得到的粒子单步位移用矢量法表示,可直观显示不同追踪方法的粒子匹配效果.实验结果表明,在MPT方法中增加上述措施后,手动追踪和程序追踪获得的实验扩散系数之间的偏差由8%~13%减小为2%~8%,说明基于阈值敏感性的"伪粒子"剔除方法合理、有效.     

基于HHT的自适应滤波方法在信号处理中的应用

在研究HHT(Hilbert-Huang Transform)理论中经验模态分解方法(EMD)和希尔伯特变换(Hilbert-Huang Transform)方法的基础上,根据IMF信号的时频序列特性,利用聚类算法得到每个时频序列的中心频率和干扰频率,并将与干扰频率对应时刻的IMF时域信号进行分类组合,从而消除IMF信号中的频率混叠问题,实现对信号的自适应滤波。利用所设计方法对实测信号进行自适应滤波分析并与传统数字滤波器滤波数据对比,结果表明提出的方法正确有效。     

基于EE MD气液两相流差压信号时频分析

为研究气液两相流流动过程的动态特性,采用V形内锥作为测量装置,通过高频差压变送器获得不同流型下的动态信号,提出了一种基于总体平均经验模式分解(EEMD)的气液两相流时频分析方法。通过对不同流型下的气液两相流的差压信号进行分析,研究了气液两相流的流动机理,为气液两相流流型及流量的准确测量奠定理论基础。分析发现EEMD的抗混分解能力很好,可以准确地提取两相流差压信号的频率成分及其时变情况,为今后两相流的识别提供理论基础,具有较高的工程应用价值。     

子波变换在实验流体力学中的应用

介绍了子波分析的历史、基本知识以及在实验流体力学方面的应用。讨论了子波变换在客观辨识湍流边界层相干结构方面的应用。作者用子波变换的方法提出了确定湍流边界层相干结构挥发时间尺度的能量最大准则，提取了相干结构对应的速度信号波形。用于波变换研究了湍流边界层脉动速度信号的局部奇异性行为，发现相干结构发生处脉动速度信号的局部奇异性指数为负值。     

基于声发射技术的搅拌摩擦焊接工具磨损监测

为在线监测搅拌摩擦焊接过程工具磨损状态,本文基于虚拟仪器技术设计了一套声发射在线监测系统,结合声发射传感器、数据采集卡及信号调理器实现了对搅拌摩擦焊接加工过程中声发射信号的采集。实验中采用带有螺纹的搅拌针工具来焊接7075铝合金,并利用自主开发的在线监测系统采集焊接过程中的声发射信号。然后对采集到的声发射信号进行小波包分解处理,计算分解后各频段能量所占百分比,并提取能量分布规律作为信号特征。研究表明:搅拌摩擦焊接工具在不同磨损情况下具有不同的声发射信号特征,小波包分解处理表明搅拌头磨损轻微时,低频段能量占比较高;相反,搅拌头磨损严重时,低频段能量占比较低。     

一种基于白噪声的多点激励随机信号生成方法

为提高多输入多输出(Multiple input multiple output,MIMO)线性随机振动试验系统中具有相关特性的多路驱动信号生成精度,基于驱动谱非负定Hermite特性及矩阵分解理论提出了一种CD(Cholesky decomposition)白噪声滤波信号生成方法。构造具有特定"频响特性"的传递系统,将一系列独立白噪声通过该系统得到具有预期相干特性、相位差以及自谱的平稳随机信号。建立悬臂梁两输入两输出线性振动系统仿真模型,将传统傅里叶逆变换时频转换方法与CD滤波法生成的驱动信号进行对比分析。结果表明新方法精度与参考值误差不足1dB。两轴振动试验验证结果表明,应用CD法既满足工程实际标准需求,又为振动环境试验提供理论依据。     

一种基于EMD的低湍流度信号处理分析方法

采用热线风速仪在3座典型低速风洞中进行了流场湍流度测量,这3座低速风洞包括1个低湍流风洞、1个常规闭口风洞和1个开口射流风洞。针对湍流信号通常受噪声干扰的问题,在湍流度值处理中引入了经验模式分解（EMD)自适应滤波和HHT时频谱分析方法。将EMD方法与其他几种湍流度值处理方法进行了比较,包括带通滤波方法（BP)、电磁噪声解耦方法（ENC)和高通惯性衰滤波方法（HPIA)。采用EMD方法测得低湍流风洞的湍流度值,在流场速度30~100 m/s的范围内小于0.05%。采用HHT方法完成了脉动速度信号的时频分析,分析发现开口风洞试验段的脉动速度HHT时频谱有突出的低频信号。所构建的EMD自适应滤波器可以有效控制噪声对热线输出信号的影响,是一种有效的低湍流度信号处理方法。     

基于主导能量最优逼近的模型降阶方法

本文从能量最优逼近的角度论述了一种新的模型降阶方法。首先根据系统输出的主导能量分布确定系统的主导极点,以此确定降阶模型的维数和分母系数;然后按照使系统主导能量与降阶模型主导能量之差为极小的最优准则,同时通过选择“能量因子”的数值来确定降阶模型的分子系数,从而获得连续系统和离散系统均可适用的统一降阶模式。本文提出的模型降阶方法,可以确保降阶模型的稳定性,具有良好的暂态和稳态拟合精度,并且简便实用。本中举倒说明了这一模型降阶方法的应用,并与其他模型降阶方法进行了对比,结果是令人满意的。     

梯形螺纹振动辅助冷挤压工艺参数影响分析

为深入研究梯形螺纹振动辅助冷挤压机床的加工过程,延长挤压丝锥寿命以及提高梯形内螺纹质量,本文建立了一套基于虚拟仪器的专用在线监测系统。研究了不同挤压工艺参数下加工过程中的振动、声发射、扭矩以及温度信号,并通过对信号的分析处理,揭示了不同工艺参数与加工过程信号之间的内在联系。研究结果表明,随着主轴转速和润滑油黏度系数的提高,振动、声发射信号的均方根值不断提高,振动、声发射信号频率由低频向高频移动,扭矩和温度也不断提高。激振频率的最优值在18 Hz左右。     

复合材料结构健康主动监测中激励信号的优化

利用L am b波频散方程及其数值求解得到的频散曲线,对L am b波模式及激励信号中心频率范围进行预测。建立了试验测试系统,利用集成在复合材料层合板上的PZT压电陶瓷片作为驱动器和传感器,激励并接收结构中激发的L am b波信号。对具有不同函数形式、中心频率和波峰数的信号激励,结构中传播的L am b波模式进行试验研究,为激励信号的选择与优化提供依据。利用H ilbert-Huang变换及H ilbert谱提取传感器信号特征,提出了L am b波信号在结构中传播时的能量衰减率和损伤敏感度两个考察指标,并据此对激励信号进行优化。实验结果表明,优化后的激励信号在结构中能激发出单一模式的L am b波(S0模式),有效地抑制了多模式现象的出现。同时,激发出的L am b波具有最低的能量衰减和最高的损伤灵敏度,响应信号特征明显,便于损伤识别。     

不同节流装置测量气液两相流的动态特性研究

为了研究文丘里管、多孔孔板和V型内锥3种功能节流式流量计测量得到的气液两相流动态特性,采用高频差压传感器获取不同流型下的动态差压信号,利用AOK时频谱对差压信号进行分析,通过时频谱图研究不同流型下信号的时变特征.通过对典型的泡状流、弹状流、塞状流信号的实验分析表明:文丘里管在塞泡流存在较强的噪声信号,V型内锥在泡状流存在较强的噪声信号.多孔孔板具有很好的降噪效果,且多孔孔板能均衡信号的能量,信号能量分布较均衡.3种节流仪表均能很好地描述两相流定态特性,能够用于两相流流型识别及其它参数测量.