盲源分离及盲信号提取的研究进展

盲源分离和盲信号提取是从观测信号中恢复源信号的有效方法,目前已成为信号处理领域的研究热点。介绍了盲信号处理的数学模型,给出盲源分离与盲信号提取的基本思想,阐述了各方法的原理、特点及性能,并对它们之间的区别与联系进行分析,最后指出盲源分离及盲信号提取的发展方向。     

转子振动故障信号的盲分离

介绍了盲源信号分离基本原理。基于最小化互信息原理,建立了用独立分量分析方法估计分离矩阵的加速梯度法,并给出了实现步骤。利用所建立的方法进行振动信号盲源分离的数值仿真,分离后的信号波形与源信号一致。对具有故障的实际转子进行多传感器信号采集并进行盲分离,不同故障的特征被分离开来。分析实例体现了所建立的方法在盲源信号分离中的有效性和对转子故障分离的实用性。      

基于经验模态分解的机械故障欠定盲源分离方法

针对传统的机械故障源分离方法限于非高斯、平稳和相互独立的源信号, 且传感器的观测数多于源数, 机械故障源信号通常不易满足这些假设的局限性, 提出了一种基于经验模态分解的机械故障欠定盲源分离方法.该方法对混合观测信号进行经验模态分解, 然后重组本征模函数分量作为新的观测信号进行盲源分离, 仿真和实验结果表明, 该方法是有效的.      

基于Hilbert-Huang变换和盲源分离的滚动轴承耦合故障诊断方法

结合Hilbert-Huang变换和盲源分离的优点,提出一种基于Hilbert-Huang变换和盲源分离的滚动轴承耦合故障诊断方法。该方法首先对滚动轴承故障信号进行EMD分解（经验模态分解）,得出各个本征模态函数IMF,并对IMF进行包络解调,然后用盲源分离方法对所得到的解调信号进行盲源分离,最后对盲分离后的信号进行频谱变换,从频谱图上可以清晰地观察出滚动轴承的故障特征频率。本文建立了转子-滚动轴承故障实验台,模拟了滚动轴承耦合故障,应用本文方法进行了实例分析,结果充分表明了本文方法较单一Hilber-Huang变换具有更好的降噪能力,更加突出了滚动轴承故障特征。     

齿轮故障识别的密度峰值聚类欠定盲源分离算法

为提高盲源分离算法在振动源数目估计问题中的噪声鲁棒性，提出了一种基于密度峰值聚类的欠定盲源分离算法。对预处理后的信号提取单源点，通过密度峰值聚类对单源点进行聚类得到混合矩阵的估计值。通过基于压缩感知模型对源信号进行重构，得到分离信号。为验证所提算法分离准确性和噪声鲁棒性，用所提算法对不同信噪比下的仿真信号进行分离，结果显示：在信噪比不低于4 dB时，所提算法均可以准确分离出源信号，算法的准确性和鲁棒性得到验证。设计旋转部件故障诊断试验台对所提算法在实际应用中的有效性进行验证，对实测复合故障振动信号进行分离，试验结果表明该算法成功分离出观测信号中的锥齿轮和行星齿轮单一故障特征，有助于工程中旋转部件故障诊断。     

基于独立分量分析的航空发动机振动信号盲源分离

阐述了基于峭度的盲源分离开关算法,对仿真信号进行分离,验证了该算法的可行性.并将该算法与FFT分离法结合,对某型双转子航空发动机高、低压转子实测振动信号进行了盲源分离实践,取得了很好的分离效果,从而为双转子发动机振动监测与故障诊断提供了一种可行的信号处理方法.     

基于位势函数的欠定盲源分离识别诊断方法

对观测器数目小于源信号数目的欠定盲源分离进行了研究,提出了一种基于位势函数的稀疏信号欠定盲源分离方法,该方法从能量的观点出发,通过构造位势函数,将寻找混合信号在直线方向上的聚类问题转化为寻找累积位势函数的局部极大值问题,从而准确的估计出源信号数目和混合矩阵,克服了通常的基于k-means聚类的混合矩阵估计法需预先给定源信号数目的缺点.利用仿真信号检验了该方法的有效性.基于信号频域稀疏性假设,将该方法应用于欠定条件下的滚动轴承振动故障信号的盲分离,较好地分离出了故障信号.      

基于小波变换的 ICA盲源分离算法

针对ICA算法不能直接应用于单通道盲分离的问题,提出了基于小波变换的ICA盲源分离算法。该算法结合小波变换对基于信息论的ICA算法进行了改进并应用在单通道盲分离中。仿真结果给出了分离后信号的波形,经检验其相似程度,分离后信号的波形与源信号的波形较为接近。     

航空发动机混叠振动信号的欠定盲源分离方法

针对传统欠定盲源分离方法难以有效处理具有时间延迟效应的发动机混叠振动信号分离问题,采用稀疏分量分析法研究了一种时间延迟混合信号的欠定盲源分离方法。该方法通过对混合信号的频域模值的线性聚类分析实现源数目及衰减矩阵的估计,并通过恢复混合信号的频域实部在混合空间的聚类性推断出时间延迟矩阵。实验结果表明,该方法在欠定条件下(传感器个数小于振动源个数)能够有效地将发动机混叠振动信号按照不同的激振源进行分离。     

基于核函数的后置非线性盲源分离算法在铁磁材料缺陷检测中的应用研究

磁记忆信号检测是分析铁磁材料缺陷和缺陷定位的一种有效方法。由于检测环境噪声、缺陷磁记忆信号弱以及缺陷位置重合引起的信号抵消等原因，易导致传感器采集到的是多维混合磁记忆加噪声复杂信号，体现出较强的盲特性。如何从观测信号中提取有效缺陷信号是分析缺陷类型及定位的关键，传统的降噪方法无法从混合磁记忆观测信号中有效分离缺陷特征信号。文章提出基于核函数的后置非线性盲源分离算法对地下埋管磁记忆信号进行分离，通过与经典盲分离算法Fast ICA进行算法性能比较，表明新算法能够较好地从混合信号中提取有效缺陷特征。     

行星齿轮箱耦合调制振动信号分离与故障诊断

针对故障状态下行星齿轮箱振动信号通常表现为稳态调制和冲击调制成分耦合问题,建立不同求解模型,提出耦合调制振动信号分离方法。应用稀疏全变分模型实现冲击调制成分分离,采用改进的非对称惩罚函数,根据峭度系数与方均根系数指标构建正则化参数优选策略,采用受控极小化(majorization-minimization, MM)方法进行模型求解;采用基追踪实现稳态调制成分分离。试验结果分析表明:该方法在噪声D为0.15的信号中能快速分离出微弱冲击调制成分,算法迭代次数少、收敛效果好。      

Blind identification and separation of convolutively mixed independent sources

A trispectra method for solving the m-input n-output (n/spl ges/m) wideband blind identification and signal separation problem with unknown number of sources m is presented. The method is universal in the sense that it does not impose any restriction on the probability distribution of the input signals provided that they are non-Gaussian. A criterion, which states a sufficient condition for identification and separation, has been proved. An algorithm is also developed based on the criterion, whose efficiency is verified by the simulations.     

基于CST软件仿真的线束隔离研究

在民用飞机电气线路互联系统(EWIS)设计中,通过物理隔离防止电弧和电磁干扰(EMI)是适航审定的重要内容。以隔离距离为研究对象,基于电磁仿真软件CST,构建多种模型,对不同类型线缆间、不同电信号线路进行了仿真,证明了物理隔离不但是防止电弧产生的有效方式,而且能够极大地降低电磁干扰,同时使用屏蔽线缆和多芯扭绞等防护方法,也是降低电磁干扰的有效措施。     

航空发动机振动信号盲分离研究

根据航空发动机振源信号的相互独立性,阐述了利用盲分离技术对航空发动机振动信号进行分离的原理和实现.利用Fast ICA算法对某型涡轮风扇发动机转子产生的振动信号进行了盲分离实践.     

转子振动信号的二阶非平稳源盲分离

复杂的转子系统的多振动混叠信号分离是振动信号处理领域的一个难题。在介绍盲源分离基本原理的基础上,首次选用了二阶非平稳源盲分离算法对带有较强噪声的实际转子系统的振动信号进行盲分离,满意地分离出了各个振动源信号。采用SONS算法得到的振动源频谱分析清晰地反映出了各个振动源的频谱特性,且较好地抑制了噪声的影响。研究中提出的测量方法,为实际复杂结构的振动源盲识别提供了支持。     

基于四阶累积量和小波降噪的干扰抑制算法

针对盲信号分离算法在低信噪比下分离效果较差的情况,提出了一种基于四阶累积量和小波降噪的含噪盲分离算法,并将该算法用于卫星通信干扰抑制。首先,利用基于四阶累积量的盲分离算法进行信扰盲分离;然后对分离出的已被噪声污染的通信信号进行小波降噪处理。最后,对提出的算法在单音干扰下进行了性能仿真。仿真结果表明,该算法不仅使抗噪性能提高了3dB左右,而且在低信噪比下对强单音干扰具有较好的抑制效果。     

齿轮箱中滚动轴承的故障诊断

提出了一种基于自适应除噪技术(ANC)和共振解调技术(DRT)的齿轮箱中滚动轴承的故障诊断方法。该方法先后用同一传感器和测量系统、在同一位置采集被诊断轴承在无故障时的振动信号和在状态监测过程中的振动信号,然后把这两次拾取的信号分别作为自适应除噪系统的参考输入和主输入进行除噪处理,最后用共振解调技术对除噪后的振动信号进行包络解调,实现齿轮箱中滚动轴承的故障诊断。实际应用表明,该方法能够从齿轮箱振动信号中剔除齿轮啮合振动等背景噪声,提高滚动轴承振动信号的信噪比,可以有效地诊断齿轮箱中滚动轴承的故障。