一种基于频谱拟合的信号去噪方法

通常我们采用Fourier变换的方法对信号进行去噪 ,本文尝试提出一种新的方法滤除高频噪声与干扰以解决Fourier变换去噪的缺陷 ,在此称为频谱拟合去噪方法。     

一类具有快速算法的正交变换

本文提出一类具有快速算法的正交变换的构造方法。它基于矩阵的稀疏分解,周知的离散Fourier变换及walsh—Hadamard变换都是本文所述的特例,     

基于短时傅里叶变换的飞控纵向频域等效拟配

基于短时傅里叶变换(STFT, Short Time Fourier Transform)方法,进行飞控系统时域数据纵向频域等效系统的拟配研究.对系统的输入信号,运用STFT方法进行分解,得到驾驶员敏感的频带内的信号.利用快速傅里叶变换(FFT, Fast Fourier Transform)求取输入输出信号的频谱,由频谱导出系统的频率响应函数,并将其用于低阶等效系统拟配,得到低阶系统参数.这种方法提高了高低阶系统等效拟配的拟配效率,减小了拟配误差,改善了飞行品质的评估结果.      

基于EEMD-Hilbert谱的涡街流量计尾迹振荡特性

为了研究涡街流量计尾迹振荡特征,采用集总经验模态分解(EEMD)-Hilbert谱方法,对测量介质为空气、流量范围为10.58~220 m~3/h的涡街流量计管壁差压信号进行处理,首先用EEMD方法对管壁差压信号进行分解,得到固有模态分量,然后对分解后的各个分量进行Hilbert变换,得到Hilbert谱和边际谱,进而提取管壁差压信号的旋涡脱落频率。比较了Fourier变换与EEMD-Hilbert谱方法在信号去噪和频率提取方面的性能。结果表明:EEMD-Hilbert谱方法可有效去除叠加在实际涡街成分之中的噪声,能够较完整保留尾迹振荡的固有成分;在流量较低时,EEMD-Hilbert谱方法对尾迹振荡频率的提取精度比Fourier变换高30%以上,有效拓展了涡街流量计的测量下限;通过计算能量比,揭示了EEMD-Hilbert谱方法提高频率提取精度的原因,即EEMD-Hilbert谱方法降低了信噪比;Hilbert谱直观表示信号的时间-频率-能量关系。     

Walsh变换对冲击信号序列特征提取的研究

提出使用Walsh变换和小波包相结合的方法,对滚动轴承故障产生的冲击信号序列提取故障特征, 并给出了计算的有效算法. 对滚动轴承故障特征分析和计算表明,用改进小波包分解、重构公式能有效地剔除冲击信号序列中高频共振信号和噪声, 使用快速Walsh变换(FWT)求取其功率谱,优于Fourier变换,可很好地提取故障特征,仿真和实际数据计算的结果,证实了上述方法的有效性.      

快速Laplace逆变换

在用积分变换法解航天器断裂问题的数值计算中,往往要求Laplace的数值逆变换。本文分别阐述用Fourier级数展开法,delta函数展开法与用移位Legendre多项式展开法来快速地求出数值Laplace逆变换。     

有限长Ramanujan-Fourier快速变换及频率估计

近来出现的Ramnujan-Fourier变换(RFT,Ramanujan Fourier Transformation)是以"Ramanujan和"为基向量的算术变换,该变换可提供分数频率分辨力.首先分析了有限长Ramanujan频谱特点,给出了基向量分布情况,推导了该变换的快速算法,比较了有限长RFT与快速傅里叶变换的乘法计算量;其次,给出了利用RFT的递归峰值检测频率估计算法,并分析了RFT的频率分辨率和适用特点,在非高斯噪声条件下,仿真比较了RFT与傅里叶变换对信号进行频率估计的性能,得到在信噪比为-20 dB的非高斯噪声情况下,频率估计的归一化均方误差可以达到 10-3.      

P—平稳过程的最大ch熵谱估计

研究少平稳随机序列在Chrestenson变换意义下的功率谱密度及其最大熵估计问题,得到了功率谱密度函数与熵率的关系公式及最大熵谱估计的正规方程。在采样数据个数为p~m的情况下,最大熵谱估计可直接由已知的有限自相关数据表示。这些结果与Fourier意义下的功率谱密度估计有很大的不同。     

使用复小波包的MIMO-OFDM无线系统

为了在频率选择性信道中提供高速数据业务, 提出了一种新的多入多出-正交频分复用系统MIMO-OFDM(Multi-Input Multi-Output -Orthogonal Frequency Division Multiplexing).该系统使用复小波包变换CWPT(Complex Wavelet Packet Transform)来实现OFDM,而不是使用传统的快速傅立叶变换FFT(Fast Fourier Transform).由于复小波包函数具有很好的特性,通过对有2个用户的MIMO-OFDM系统进行仿真的结果表明,基于CWPT的MIMO-OFDM系统性能要比使用传统的FFT的MIMO-OFDM 系统好,但是复杂度略高.      

脉冲红外相位线性调频Z变换

为了解决脉冲相位法(PPT,Pulse Phase Thermography)在处理红外检测数据时频率分辨率不够的问题,提出了一种新型的频域变换方法.利用快速傅里叶变换(FFT,Fast Fourier Transform)选择出包含特征频率的窄频带,对其进行线性调频Z变换(CZT,Chirp Z Transform),得到细化的频率结构.并将逐点像素分析后的结果重构出清晰的幅值和相位图像序列.在不增加采样时间的前提下获得了比PPT更高的频率分辨率.通过对铝制材料试件检测信号的对比分析,结果表明该算法可以对选频带进行有效细化,得到更精确的特征频率,有效降低了频谱泄露造成的误差.      

基于小波神经网络的航空刀具磨损状态识别

针对航空零件的加工特点,采集刀具在不同磨损状态下的声发射(AE,Acoustic Emission)信号,对AE信号进行时频分析和小波变换,运用快速傅里叶变换(FFT, Fast Fourier Transform)以及db8小波5层分解,提取AE信号幅值的均方根和主能量频段的能量作为特征向量,对特征向量进行归一化处理后作为输入向量对小波神经网络进行训练.小波神经网络运用参数调整算法,在权值和阈值的修正中加入动量项.测试结果表明:AE信号对刀具磨损敏感的频率范围在10~150kHz,网络实际输出与期望结果的误差小于0.03,该方法能够对刀具不同磨损状态进行正确的识别.      

基于本征正交分解的平流层风场建模与预测

平流层风场环境对临近空间低动态飞行器设计和轨迹控制具有重要影响。针对平流层风场建模,提出一种基于本征正交分解(POD)的风场数据降阶方法,在此基础上,提出一种可以对平流层风场进行预测的Fourier模型。以长沙地区2005—2009年风场为例,采用提出的POD方法与Fourier预测模型对风场进行建模与预测,并对Fourier预测精度进行分析。研究结果表明,采用POD方法可以对东西方向风场进行高效率高精度降阶建模;通过Fourier预测模型可以对东西方向风场进行准确预测,预测精度与实际风场随时间变化的规律性有关,风场数据越紧凑,周期性越明显,预测精度越高。      

动态桨叶RCS特性的实验研究

在微波暗室中测量了金属平板桨叶动态模型的高频雷达散射截面RCS(Radar Cross Section),并通过快速傅立叶变换FFT(Fast Fourier Transform)得到相应的频谱图;详细分析了时域和频域RCS随桨叶片数、雷达波入射方向、入射频率、极化状态和桨叶转速等因素的变化.实验结果表明主要特征是时域RCS呈周期性起伏,频谱图因前行桨叶与后行桨叶散射有差别而不对称,且频谱宽度反映了多普勒效应.取得的结果与已有文献的计算分析一致,对直升机的探测和识别具有重要的参考价值.      

基于小波变换的孔探图像边缘粗糙度分析

针对航空发动机内部结构裂纹损伤的孔探图像识别问题,提出一种描述孔探图像边缘曲线粗糙度特征的方法——粗糙度系数法.该方法利用二进小波变换对边缘曲线在所有可能尺度上进行小波分解,得到尺度系数和小波系数.对于这些小波分解系数,构造一种对数熵算法来计算尺度系数和小波系数的能量强度.小波系数与尺度系数的对数熵的比值被定义为粗糙度系数,用粗糙度系数来评估曲线的粗糙程度,粗糙度系数越大,曲线越粗糙.实验表明以粗糙度系数作为孔探图像边缘曲线的识别特征,能够有效地识别孔探图像中存在的裂纹损伤.      

水平井多裂纹同步扩展的偏折分析

水平井压裂技术是近几年油气工业发展起来的新技术,用于提高油气井的产量。然而在裂纹扩展的过程中,裂尖决定了裂纹的起裂与扩展方向,这会直接影响储层的压裂效果,所以人们对于这项技术还需要更进一步的认识。根据裂尖的应力场特性建立了裂尖权函数,能较准确地描述裂尖的应力状态,判断裂纹的扩展方向。在利用网格重剖分方法并结合最大主应力准则对水平井多裂纹扩展进行分析的基础上,通过裂尖权函数方法分析了水压裂纹在应力差、裂纹数目和裂纹间距等条件下产生偏折的原因。最终结果表明,裂纹在开裂时裂尖处x与y方向的等效应力变化不明显,裂纹的偏折主要与裂尖xy方向的等效应力有关。      

GPS卫星信号模拟器中频信号处理与实现

利用数字内插、数字滤波、A/D(Analog／Digital)变换等软件无线电方法,建立GPS卫星信号模拟器中频信号处理的数学模型,提出了数字IF(Intermediate Frequency)的实现方法,且在matlab中进行了中频电路建模、优化和验证,完成了从数字基带信号处理到模拟中频信号生成.电路实现时尽量降低信号处理频率,缩小高频信号处理范围.利用verilog在ISE6.3中完成了数字中频模块的设计和仿真,对仿真输出的数字序列进行FFT(Fast Fourier Transform Algorithm)频谱分析,并在FPGA(Field Programmable Gate Arrays)中实现.      

一种二维干涉综合孔径辐射计近场成像算法

提出了一种基于相位补偿的二维干涉综合孔径辐射计近场成像算法.从干涉综合孔径辐射计的成像原理和近场应用情况出发,分析了快速傅里叶变换(FFT,Fast Fourier Transform)反演算法在近场条件下存在的问题,并采用相位补偿的方法,提出了一种近场数值反演算法.对点目标用FFT算法和近场成像算法进行了成像仿真,仿真结果表明近场成像算法比FFT算法具有更高的空间分辨率.用一套8mm波段二元干涉综合孔径辐射计对人工双点源场景进行了成像实验,实验结果证明了该近场算法的有效性.      

基于逆虚拟激励法的导弹振动谱设计

针对导弹在延寿试验过程中振动谱设计精度低、与实际载荷剖面差距大的问题,提出一种基于逆虚拟激励法的导弹振动谱设计方法。首先,建立了导弹-悬架系统四自由度振动模型,推导出系统激励响应关系;然后,对系统时域响应数据进行Fourier变换,得到响应功率谱矩阵并对其进行分解,构造虚拟简谐响应;最后,基于逆虚拟激励法求得系统激励功率谱,并讨论了响应噪声及系统阻尼对识别精度的影响。实验结果表明:本文方法对于随机振动载荷的识别精度较高、鲁棒性好,零噪声识别误差为2.39%,30%噪声条件下识别误差为3.21%。本文方法同样适用于其他装备的振动试验谱的设计。     

裂纹转子的振动计算和稳定性分析

本文根据裂纹转子振动方程特点,论述了分析转子振动的理论方法,结合一含裂纹的Jeffcott转子算例,揭示了裂纹转子的振动特点。在论述分析转子稳定性一般方法基础上,给出了含裂纹Jeffcott转子稳定性分析结果,得出了影响稳定性的几个主要因素。     

航空铝试块疲劳裂纹相控阵超声成像检测

表面疲劳裂纹扩展可导致结构失效,利用相控阵超声成像技术监测疲劳裂纹,获取结构完整性评价所需裂纹信息,可及时对结构失效提出安全预警。采用三点弯曲疲劳试验法在航空铝试块上生长疲劳裂纹,对裂纹开口面材料进行逐步切削来获得不同长度的疲劳裂纹,利用相控阵超声全矩阵采集(FMC)和全聚焦方法(TFM)获得的裂纹尖端和开口图像信息来监测裂纹扩展和测量裂纹长度,并测试了相控阵超声探头放置位置、裂纹张开/闭合、裂纹表面粗糙度对超声成像检测效果的影响。研究结果表明:相控阵超声探头从裂纹侧面入射检测能更好地对裂纹进行超声成像,并真实反映材料内部裂纹扩展前缘形貌。当疲劳裂纹长度大于3倍超声波长时,裂纹尖端和开口图像完全分离,相控阵超声全矩阵采集和全聚焦成像技术可有效测量裂纹长度,测量误差小于0.2 mm。相比裂纹张开时,疲劳裂纹闭合效应会使裂纹尖端超声图像信号减弱4.5 dB,长度测量值小0.6 mm。