[发明专利]一种基于噪声信号的列车车轮损伤识别方法

权利要求书

1.一种基于噪声信号的列车车轮损伤识别方法，其特征在于：噪声采集装置设置在列车均速行驶的直线段两侧，所述的噪声采集装置用于实时采集列车经过噪声采集装置的过程中轮轨接触面周围噪声的瞬时声压，将采集到的噪声信号数据进行分析处理，对轨道交通列车车轮损伤进行识别判断，具体步骤如下：

步骤1，通过噪声采集装置采集得到噪声信号，对噪声信号进行盲源分离，保留轮轨噪声信号；

步骤2，确定轮轨噪声信号的特征，对轮轨噪声进行短时傅里叶变换，得到轮轨噪声的时频分布特征；

步骤3，车轮损伤识别，对比列车经过该装置时轮轨噪声的瞬时声压时频谱与列车车轮各类损伤的特征时频谱，判断损伤车轮隶属的车辆和位置，并得到车轮损伤的类型。

2.根据权利要求1所述的一种基于噪声信号的列车车轮损伤识别方法，其特征在于：所述的噪声采集装置设置在两车站之间的列车均速行驶的直线段隧道壁上。

3.根据权利要求1所述的一种基于噪声信号的列车车轮损伤识别方法，其特征在于：所述的步骤1中噪声采集装置采集得到噪声信号包括但不限于：列车的轮轨噪声、机车车辆的机械设备噪声、空气动力噪声、机电系统噪声以及与运行无关的其他设备发生的噪声。

4.根据权利要求1所述的一种基于噪声信号的列车车轮损伤识别方法，其特征在于：步骤1中盲源分离的方法具体方法如下：

S(t)＝W(t)X(t)

其中，t为监测时间；X(t)＝(x₁(t),…,x_i(t))^T为测得的混合信号；S(t)＝(s₁(t),…,s_i(t))^T为分离结果，W(t)为解混矩阵；

所述的噪声信号包括列车的轮轨噪声、机车车辆的机械设备噪声、空气动力噪声、机电系统噪声以及与运行无关的其他设备发生的噪声，采集到的观测信号记为x₁(t)，x₂(t)，x₃(t)，x₄(x)，x₅(t)，原始信号记为s(t)，s₂(t)，s₃(t)，s₄(t)，s₅(t)，x_i(t)是s_i(t)的加权和，加权系数取决于源和噪声采集装置之间的距离，可得如下等式：

x₁(t)＝a₁₁s₁(t)+a₁₂s₂(t)+a₁₃s₃(t)+a₁₄s₄(t)+a₁₅s₅(t)

x₂(t)＝a₂₁s₁(t)+a₂₂s₂(t)+a₂₃s₃(t)+a₂₄s₄(t)+a₂₅s₅(t)

x₃(t)＝a₃₁s₁(t)+a₃₂s₂(t)+a₃₃s₃(t)a₃₄s₄(t)+a₃₅s₅(t)

x₄(t)＝a₄₁s₁(t)+a₄₂s₂(t)+a₄₃s₃(t)+a₄₄s₄(t)+a₄₅s₅(t)

x₅(t)＝a₅₁s₁(t)+a₅₂s₂(t)+a₅₃s₃(t)+a₅₄s₄(t)+a₅₅s₅(t)

式中，a_ij是常值系数，表示混合的权重；

假设由a_ij组成的矩阵可逆，此时存在一个元素是w_ij的矩阵W可以分离出源信号：

s₁(t)＝w₁₁x₁(t)+w₁₂x₂(t)+w₁₃x₃(t)+w₁₄x₄(t)+w₁₅x₅(t)

s₂(t)＝w₂₁x₁(t)+w₂₂x₂(t)+w₂₃x₃(t)+w₂₄x₄(t)+w₂₅x₅(t)

s₃(t)＝w₃₁x₁(t)+w₃₂x₂(t)+w₃₃x₃(t)+w₃₄x₄(t)+w₃₅x₅(t)

s₄(t)＝w₄₁x₁(t)+w₄₂x₂(t)+w₄₃x₃(t)+w₄₄x₄(t)+w₄₅x₅(t)

s₅(t)＝w₅₁x₁(t)+w₅₂x₂(t)+w₅₃x₃(t)+w₅₄x(t)+w₅₅x₅(t)

得到解混矩阵W(t)后，计算得到分离出的轮轨噪声数据P(t)。