[发明专利]提取特定周期信号成分的信号消噪方法

摘要

本发明公开了一种提取信号中特定周期成分的信号消噪方法，该方法采用非递归滤波器技术构造梳状滤波器；用频域内插技术精确获得滤波器的中心频率；能有效消除信号中的各种噪声的干扰，提取出信号中感兴趣的周期成分。具备时域同步平均技术的优点，且不需要时标信号，需要的信号量小，计算速度快，适用范围广，实施成本低。可应用于机械动态信号分析和故障诊断领域，以及信号消噪、信号处理和特征提取等相关应用领域。

主权项

1.一种提取特定周期信号成分的信号消噪方法，其特征在于包括下列步骤：步骤一，信号采集：选取固定的采样时间间隔T，按常规采样将来自传感器的模拟信号转换为离散数字信号，即，假定来自传感器的模拟信号为x(t)，通过A/D转换器将x(t)转换为离散数字信号x_n，使得：x_n＝x(nT)，n＝0，1，2，...，N-1其中，N为样本长度，取N＝1024；为保证提取的周期成分中包含足够的倍频数，采样时间间隔T按以下规则取值：T≤12.5Kf1]]>式中f₁为要提取的周期成分的基频；K为倍频的数目，且K的取值不小于5；步骤二，确定周期成分的基频：对离散信号x_n，用快速富立叶变换获得离散频谱X_n，进而求得幅值谱|X_n|，n＝0，1，2，...，N-1。若幅值谱中周期成分基频附近的最大谱线为|X_最大|，其对应的频率可作为基频的近似值采用频域内插技术对进行校正，以获得f₁的精确值，并按下列方法进行：设|X_次大|为与|X_最大|两侧的左右两根谱线中最大的一根谱线，则可通过下式求得基频的频率精确值，即f1=f^1+δ·Δf]]>式中，Δf为离散频谱的频率间隔，由下式表示：Δf=1N·T]]>δ为频率校正系数，由下式计算：上式中，如果|X_次大|位于|X_最大|的左侧，取负号；否则，如果|X_次大|位于|X_最大|的右侧，取正号；步骤三，确定周期成分的倍频：确定了周期成分的基频以后，通过下式确定周期成分的倍频：f_k＝kf₁，k＝2，3，...，K式中，K为倍频的数目；步骤四，构造梳状滤波器：为了保证提取的周期成分的波形特征，要求滤波器具备零相移特性，采用非递归数字滤波器技术构造梳状滤波器，为了消除吉布斯效应的影响，对滤波器的冲击响应进行加汉宁窗处理；获得的冲击响应函数由下式给出：bm=(sin(2π(f+fb)mT)-sin(2π(f-fb)mT)πmT)(1+cos(πm/M))]]>式中，f为带通滤波器的中心频率；f_b为滤波器通带的半带宽，M为滤波器阶数，且M取值大于40即可满足要求；用上述基本的带通滤波器以及步骤三获得的信号周期成分的基频和倍频f_k＝kf₁，k＝1，2，...，K，构造所需的梳状滤波器的单位冲击响应为：bm=Σk=1K(sin(2π(fk+fb)mT)-sin(2π(fk-fb)mT)πmT)(1+cos(πm/M))]]>式中，K为信号中要提取的周期成分的倍频数目；步骤五，周期成分的提取：构造了梳状滤波器的冲击响应之后，按以下非递归过程完成对信号x_n的处理，即：yn=Σm=-MMbmxn-m,]]>n＝0，1，2，...，N-1其中，y_n即为滤波后的离散信号，也就是经过消除噪声干扰后从信号x_n中提取出来的特定周期成分。