[发明专利]一种小波包分解节点与对应频段检索及编程方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种小波包分析信号时分解节点与对应频段进行检索及编程的方法，特别适用于对故障信号特征频率的检测。

背景技术

近年来，小波包分析技术以其所具有的时-频分析特性而被广泛应用于信号处理领域，人们的研究大多集中在小波熵的选择、小波包层次的确定、小波包的分解与重构以及不同频段的能量、概率计算等方面，在运用此技术时以上内容无疑都非常重要，然而，当利用小波包变换进行故障信号提取时，却出现了故障特征频段难于准确定位的问题。当分解层数较低时，往往可以根据手工分解频段，通过观察找到故障特征频率所在的频段及其对应的节点；当分解层数每增加一层，分辨率会提高50％，节点数会较上一层增加一倍。因此当层数较多时，如果仍利用手工分解频段，然后观察寻找故障特征频率所在的频段与节点，既费时，又费力，还不准确。目前，对于频段与节点的对应问题，2008年02期《大电机技术》的“基于小波包变换的笼型异步电机转子故障诊断”一文中，曾采用“滤波器路径”来解决，通过区分低通滤波器和高通滤波器两种路径，将它们分别记为0和1，则得到一个二进制数字；然后再设置一个二进制数字表示频段，最后沿着滤波器路径从左至右排查，以此来确定小波包分解节点与频段的对应关系。但是该方法的缺陷是不能根据给定频率快速找到其所属的频段位置。

发明内容

本发明目的是克服上述已有技术的不足，提出一种能够根据给定频率快速确定所属频段、定位小波包分解节点与频段的关系并最后编程实现的小波包分解节点与对应频段检索及编程方法。

本发明方法包括下述步骤：

(1)根据工程实际要求，确定采集信号时每秒需要采集的次数，即采样频率，将其设为f_s，单位为Hz；然后确定分析信号时希望达到对频率分辨的最少位数，即频率分辨率，设为Δf，单位为Hz；

(2)根据所处理信号的采样频率f_s及频率分辨率Δf要求，对信号进行小波包分析。小波包分析时，首要任务之一是确定小波包分解层数，用n表示；对应的节点数目为2ⁿ个。分解层数不同，则分解出来的节点数目不同，它们的关系示于表1中。由关系式来确定小波包分解的层数n；

表1：小波包分解层数及节点数

(3)根据香农采样定理确定最大频率范围f_max后，将(0～f_max)作为初始节点(0-0)对应的频段，然后进行逐层分解，每个节点在进行再分解时均包括低频段和高频段两部分。

对低频段和高频段分解模式进行分析，在确定分解层数n的基础上，以分解节点编号(表1中对应)作为索引进行排序，列出小波包分解节点与频段的实际对应情况表，简称表2，其中n设为11，节点排序标号为11-0、11-1、11-2、11-3......，对应节点的频段范围为(0～0.61)、(0.61～1.221)、(1.831～2.441)、(1.221～1.83)......，此时频段范围有混叠交叉现象出现；

表2：小波包分解节点(仅列出14个节点)与频段的实际对应情况(f_s＝2500Hz，n＝11)