本發(fā)明屬于信號(hào)處理領(lǐng)域，尤其涉及一種在信噪比較小，以至于在頻域上無法分辨出所需信號(hào)與噪聲信號(hào)的情況下的處理方法。

背景技術(shù)：

通過信號(hào)手段來檢測(cè)風(fēng)機(jī)信號(hào)從而判斷風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況是當(dāng)下風(fēng)機(jī)故障監(jiān)測(cè)的重要手段，所以風(fēng)機(jī)原始振動(dòng)信號(hào)的可靠性直接影響著對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況的檢測(cè)。

信號(hào)的預(yù)處理的目的即在于提高信號(hào)中所包含信息的可靠性和數(shù)據(jù)分析的精度，使信號(hào)監(jiān)測(cè)與故障診斷的可靠性及靈敏度提高。現(xiàn)行的預(yù)處理技術(shù)大都是通過濾波的方法提高信噪比，但是當(dāng)信噪比足夠小，或者在頻域上無法分辨出所需信號(hào)與噪聲信號(hào)時(shí)，濾波的方法對(duì)原始信號(hào)的損失就會(huì)比較大，從而影響降噪的效果。因此我們提出預(yù)白化技術(shù)與降噪相融合的方法，相比于濾波的方法而言，預(yù)白化方法配合降噪可以有效地將振動(dòng)信號(hào)與噪聲信號(hào)分離，最大程度還原出降噪之后所需信號(hào)原有的特性，提高信號(hào)監(jiān)測(cè)與故障分析診斷的可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決傳統(tǒng)信號(hào)降噪技術(shù)的缺陷，提高風(fēng)機(jī)故障檢測(cè)技術(shù)的可靠性和實(shí)用性，我們提出了基于預(yù)白化方法的降噪預(yù)處理技術(shù)，通過對(duì)采集信號(hào)的預(yù)白化處理，去除某個(gè)頻帶上信號(hào)能量的突變與信號(hào)的相關(guān)性，使噪聲信號(hào)均勻分布在各個(gè)頻段，從而優(yōu)化后續(xù)對(duì)信號(hào)提取和分離的結(jié)果，提高信號(hào)檢測(cè)以及故障診斷所需信號(hào)的可靠性。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于預(yù)白化方法的降噪預(yù)處理技術(shù)，包括以下步驟：

步驟一：使用加速度傳感器分別收集高信噪比的風(fēng)機(jī)振動(dòng)信號(hào)和低信噪比的風(fēng)機(jī)振動(dòng)信號(hào)，其中高信噪比的風(fēng)機(jī)信號(hào)為參考信號(hào)；

步驟二：對(duì)低信噪比的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換，得到時(shí)間-頻率-振幅的三維立體圖像；

步驟三：對(duì)上述三維立體圖像進(jìn)行預(yù)白化操作，得到預(yù)白化之后的時(shí)間-頻率-振幅三維圖像；

步驟四：對(duì)預(yù)白化之后的圖像進(jìn)行逆短時(shí)傅里葉變換，得到預(yù)白化之后圖像所對(duì)應(yīng)的時(shí)域振動(dòng)圖像；

步驟五：對(duì)預(yù)白化之后的振動(dòng)圖像進(jìn)行降噪處理，得到降噪之后的圖像，將預(yù)白化并降噪處理過的圖像與高信噪比的參考信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，分析預(yù)白化之后的降噪效果，從而進(jìn)一步進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)與故障診斷。

更進(jìn)一步，本發(fā)明所述的基于預(yù)白化方法的降噪預(yù)處理技術(shù)，其步驟三的具體步驟可分為：

步驟三-1求出時(shí)間-頻率-振幅的三維立體圖像對(duì)應(yīng)矩陣的協(xié)方差矩陣，計(jì)算樣本的協(xié)方差；

步驟三-2對(duì)協(xié)方差矩陣進(jìn)行白化運(yùn)算，求出白化矩陣；

步驟三-3通過白化矩陣對(duì)短時(shí)傅立葉變換得到的時(shí)間-頻率-振幅三維圖像進(jìn)行白化，得到預(yù)白化之后的圖像。

再進(jìn)一步，本發(fā)明所述的基于預(yù)白化方法的降噪預(yù)處理技術(shù)，適用于所有類型的常見噪聲，可以將其他類型的噪聲通過預(yù)白化方法轉(zhuǎn)化為具有白噪聲特性的信號(hào)，分布在各個(gè)頻段，便于后續(xù)的降噪處理。

在獲得預(yù)白化時(shí)域圖像之后進(jìn)行小波降噪處理，將處理之后的信號(hào)與高信噪比的參考信號(hào)作對(duì)比，選擇較好的降噪效果圖像，應(yīng)用于故障監(jiān)測(cè)和故障診斷中，提高信號(hào)監(jiān)測(cè)手段的可靠性。

本發(fā)明在傳統(tǒng)的預(yù)處理以及降噪技術(shù)上提高了處理之后信號(hào)的準(zhǔn)確性和實(shí)用性，而且對(duì)于初學(xué)者而言方法簡(jiǎn)單、便于理解，在風(fēng)機(jī)等機(jī)械的信號(hào)檢測(cè)領(lǐng)域具有良好的發(fā)展前景。

附圖說明

圖1是預(yù)白化處理應(yīng)用的流程圖；

圖2是待處理信號(hào)的頻域分布示意圖；

圖3是參考信號(hào)頻域分布示意圖；

圖4是預(yù)白化處理之后待處理信號(hào)的頻域分布示意圖。

具體實(shí)施方式

為了更具體地描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。

參見圖1至圖4，本實(shí)施例中基于預(yù)白化方法的降噪預(yù)處理技術(shù)，包括以下步驟：

S01 使用加速度傳感器分別收集高信噪比的風(fēng)機(jī)振動(dòng)信號(hào)和低信噪比的風(fēng)機(jī)振動(dòng)信號(hào)，其中高信噪比的風(fēng)機(jī)信號(hào)為參考信號(hào)。

SO2 在處理程序中，設(shè)置適當(dāng)?shù)拇伴L(zhǎng)和重疊率，對(duì)低信噪比的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換，得到時(shí)間-頻率-振幅的三維立體圖像。

S03 對(duì)上述三維立體圖像進(jìn)行預(yù)白化操作，在MATLAB中，先得到上述矩陣的協(xié)方差矩陣：

其中Z是S02中時(shí)間-頻率-振幅的三維立體圖像對(duì)應(yīng)矩陣

之后通過函數(shù)求出協(xié)方差矩陣的逆均方根T，即為白化矩陣，最后得到的Z_W即為預(yù)白化之后的矩陣，從而實(shí)現(xiàn)白化。

S04 在處理程序中，根據(jù)S02設(shè)置的各項(xiàng)參數(shù)，對(duì)預(yù)白化之后的圖像進(jìn)行逆短時(shí)傅里葉變換，得到預(yù)白化之后圖像所對(duì)應(yīng)的時(shí)域振動(dòng)圖像。

S05 對(duì)預(yù)白化之后的振動(dòng)圖像進(jìn)行降噪處理，得到降噪之后的圖像，將預(yù)白化并降噪之后的信號(hào)與參考信號(hào)通過相關(guān)系數(shù)進(jìn)行對(duì)比，從而一步步優(yōu)化預(yù)白化處理對(duì)降噪過程的影響，得到真實(shí)可靠的采集信號(hào)。

為突顯本發(fā)明方法的優(yōu)越性，本實(shí)施例將采集的帶有有色噪聲的正弦信號(hào)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)(仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)信噪比約為-9db)，過程以及結(jié)果如下面所述。

原始信號(hào)為正弦信號(hào)，其表達(dá)式為：sig0＝sin(2πft),其中f為信號(hào)頻率，仿真中取f＝50Hz,即在頻域上50Hz時(shí)振幅為1，除此之外無其他頻段。

噪聲信號(hào)為有色噪聲，為了考慮信噪比的需要，對(duì)原表達(dá)式除以特定系數(shù):

上述噪聲信號(hào)頻域波形集中分布于0至200Hz，其中在100Hz左右振幅最大，接近原始正弦信號(hào)的振幅。

上述兩種信號(hào)均為離散信號(hào)，其中t為時(shí)間量，仿真中在時(shí)域上1秒內(nèi)取1000個(gè)采樣點(diǎn)，即采樣間隔為1ms,信號(hào)長(zhǎng)度為1000進(jìn)行采樣。

為了定性分析該技術(shù)的有效性，我們通過信噪比定性分析了預(yù)白化在降噪預(yù)處理時(shí)的優(yōu)勢(shì)所在，結(jié)果表明，對(duì)于上述有色噪聲，當(dāng)信噪比大于-10時(shí)，本發(fā)明可以將集中在某一段頻率范圍內(nèi)的噪聲均勻散布在各個(gè)頻段，從而清晰地分辨出所需信號(hào)的頻段，圖2表示待處理信號(hào)與參考信號(hào)的頻域分布示意圖，圖3表示待處理信號(hào)預(yù)白化之后的頻域分布示意圖。

不難看出，本發(fā)明方法能在峰值較多且分布在不同頻段的情況下，將主要信號(hào)的頻段與噪聲信號(hào)的頻段區(qū)別開來，此技術(shù)將對(duì)信噪比較小情況下的降噪以及傳統(tǒng)的濾波方法有極強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

以上所述的具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是以上所述僅為本發(fā)明的最優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改、補(bǔ)充和等同替換等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的matlab白化滤波,基于预白化方法的降噪预处理技术与流程的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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