[发明专利]一种基于滑动窗滤波的信号包络解调方法

说明书

技术领域

本发明属于信号处理和特征提取技术领域，涉及一种基于滑动窗滤波滤波的信号包络解调方法。

背景技术

幅值调制现象通常存在于旋转机械的动态信号中，如轴承、齿轮箱。旋转机械出现故障时，会产生幅值调制现象，因此，从动态信号中提取幅值调制特征可为设备监控提供有效的信息。目前，常用的方法有平方解调[1]、希尔伯特包络解调[2]、Teager能量算子解调等方法[3]。平方解调是一种广义检波滤波方法，平方解调实现时，首先对分析信号求幅值的平方，再对平方后的信号进行低通滤波获取信号的包络，实现包络解调。希尔伯特包络解调实现时，首先对分析信号进行希尔伯特变换得到信号的希尔伯特变换对，然后以分析信号为实部，希尔伯特变换对为虚部，构成解析信号；再求解析信号的模，得到采样信号的包络。Teager能量算子用某一时刻信号瞬时能量与该时刻前、后一个时刻信号幅值之积的差值提取信号的包络。但是，平方解调方法获取包络时需要进行滤波处理，另外，在包络频谱上会出现混频现象；希尔伯特包络解调时，分析信号需要满足一定的条件，另外，变换的计算时需要进行加窗处理，会给结果带来误差，尤其在非整周期采样情况下，这种变换会出现边缘飞翼现象。Teager能量算子方法提取信号包络时，对噪声比较敏感。

以下是申请人检索的相关参考文献：

[1]刘红星，刘红星，左洪福，姜澄宇，屈梁生。关于能量算子解调方法的研究，数据采集与处理，1999，14（3）：298-301。

发明内容

针对目前包络解调方法的不足，本发明的目的在于，提供一种基于滑动窗滤波的信号包络解调方法。

为了实现上述任务，本发明采用如下的技术解决方案：

一种基于滑动窗滤波的信号包络解调方法，该方法采用滑动窗滤波的方法提取幅值调制信号的包络，具体包括以下步骤：

（1）采集一定长度的信号，并剔去信号中的直流分量；

（2）分别求取信号各个时刻的瞬时能量，得到信号的瞬时能量序列；

（3）使用窗口区间长度为2K+1滑动窗，K为正整数，对瞬时能量序列进行滑动滤波；

根据滑动窗口长度，对瞬时能量序列进行边界延拓，以满足端点数据的滑动窗滤波的要求；

采用滤波公式如下：

bi=Σj=-KKAm-j2K+1]]>

式中A_m-j为m-j时刻信号的瞬时能量，滑动滤波区间的长度为2K+1，b_i为滑动滤波后的信号包络幅值；

（4）逐点按上式计算，即可得到信号的包络，实现包络解调。

本发明的基于滑动窗滤波的信号包络解调方法，不同于传统的包络解调方法，信号包络解调方法采用一个滑动窗口对信号的瞬时能量进行均值滤波，以提取信号的包络信息，不需要设计低通滤波器，具有较高的运算效率。

本发明采用时域离散信号序列，针对离散信号序列起始、末端端点的处理提出了相应的方法，可以有效地提取包络信号的边缘失真现象。

附图说明

图1为本发明的基于滑动窗滤波的信号包络解调方法的流程图；

图2为滑动窗口示意图；其中，（1）为j时刻滑动窗口位置，（2）为j+1时刻滑动窗口位置。

图3为实验信号；

图4为实验信号的幅值调制信号分量；

图5为采用滑动窗滤波方法提取的信号包络；

图6为采用希尔伯特变换提取的包络；

图7为采用Teager能量算子提取的包络。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式