[发明专利]一种在噪声环境中拾取击打信号的方法

权利要求书

1.一种在噪声环境中拾取击打信号的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤S1：通过敲击方式采集隧道衬砌的声频信号，记作为采样信号；

步骤S2：根据步骤S1获得的采样信号，通过短时傅里叶变化分析法，从采样信号中提取并分离开敲击信号和噪声信号，从而抽取出激振信号，其中，敲击信号位置前的信号为噪声信号；

步骤S3：对步骤S2提取的激振信号、噪声信号均进行海明窗滤波并FFT频谱分析，将有效信号区间频谱减去噪声信号频谱，获得真实的激振信号频谱；同时，分析真实激振信号频谱的卓越周期、重心周期，进行敲击检测缺陷分析；

所述步骤S2中通过短时傅里叶变化分析法，从采样信号中抽取并分离开敲击信号和噪声信号，其中，提取敲击信号具体包括如下步骤：

S21：通过短时傅里叶变化分析法STFT，将采样信号分为多个短区间，对每个区间的信号进行海明窗滤波并且FFT频谱变换，提取其频谱值；

S22：将各区间频谱值进行对比分析，频谱突变位置作为敲击信号起点位置，从而抽出激振信号；具体地：

S221：对步骤S21提取的各短时域FFT的频谱计算其重心周期、卓越周期及最大幅值；

S222：对各区间段的最大幅值求其平均值和标准偏差，以及对平均值和标准偏差求和；

S223：各区间段中最大幅值超过其和的部分中，重心周期变化最大的作为敲击信号；

S224：通过在测试波形中找出敲击信号起点，提取出一组敲击信号，其中，一组敲击信号为1024个采样点；

步骤S222至步骤S224的步骤流程具体包括：

1)对各区间段的最大幅值A_i求其均值和标准偏差σ_A，并计算截断阈值

2)对各区间段的前128组的重心频率f_ci和卓越频率f_di求均值，得到重心频率均值和卓越频率均值

3)当A_i≥C_A时，认为该区间段中含有激振信号，对相关组的f_ci和f_di，求其与和的偏差率δ_i：

4)δ_i最大的一组中，认为含有激振信号，并找到该组中最大值δ_i对应的数据采样点号；

5)提取1024个采样点作为激振信号。

2.根据权利要求1所述的一种在噪声环境中拾取击打信号的方法，其特征在于，所述短时傅里叶变化分析法包括如下步骤：

1)设总的采样信号个数为N_T；

2)计算采样数据的Gabor权函数ω(j)并保存到数组，j取0～255，ω(j)公式如下：

其中，m取127，a取1024；

3)在测试数据区间中，从0～N_T-256，每间隔64个数据，取出一组数据x_i(j)，一组为256个，j取0～255，来进行短时域FFT频谱分析；

4)将x_i(j)进行Gibor变换：

y_i(j)＝x_i(j)ω(j)

5)将y_i进行FFT频谱变换，并计算其重心频率f_ci，f_ci为重心周期T_ci的倒数；

6)计算各区间段FFT频谱的最大幅值A_i及卓越频率f_di。

3.根据权利要求1所述的一种在噪声环境中拾取击打信号的方法，其特征在于，所述步骤S2中通过短时傅里叶变化分析法，从采样信号中抽取并分离开敲击信号和噪声信号，其中，敲击信号位置前的信号为噪声信号，提取出五组噪声信号，每组噪声信号为1024个采样点。

4.根据权利要求1所述的一种在噪声环境中拾取击打信号的方法，其特征在于，步骤S3中对提取的激振信号、噪声信号均进行海明窗滤波并FFT频谱分析，得到激励信号的频谱幅值和噪声频谱幅值，将激振信号的频谱幅值减去噪声频谱幅值，得到激振信号的频谱特征。