[发明专利]一种多谐波振动信号分解装置及方法

摘要

一种多谐波振动信号分解装置及方法，本发明涉及多谐波振动信号分解装置及方法。本发明是为了解决基于经验模态法的信号分解方法对两端数据处理误差较大，且不能解调频率相近的谐波信号的问题。一种多谐波振动信号分解装置包括数据采集模块(1)、数据分解器(2)、显示器(6)、分解装置控制器(9)和传感器(10)；数据分解器(2)由A/D转换器(3)、数字计算器(4)、希尔伯特变换器(5)、同步解调器(7)和低通滤波器(8)构成。本发明可以有效分解频率相近的振动谐波信号，保证在整段信号数据处理均能有较高的精度。本发明应用于卫星遥测信号处理、卫星结构损伤检测、频谱分解等领域。

主权项

1.一种利用多谐波振动信号分解装置进行多谐波振动信号分解的方法，所述多谐波振动信号分解装置包括：数据采集模块(1)、数据分解器(2)、显示器(6)、分解装置控制器(9)和传感器(10)；所述数据分解器(2)由A/D转换器(3)、数字计算器(4)、希尔伯特变换器(5)、同步解调器(7)和低通滤波器(8)构成；传感器(10)的信号输出端连接数据采集模块(1)的信号输入端，数据分解器(2)分别与数据采集模块(1)、显示器(6)和分解装置控制器(9)连接；其中数据采集模块(1)的信号输出端与A/D转换器(3)的信号输入端连接，A/D转换器(3)的信号输出端与希尔伯特变换器(5)的信号输入端连接，希尔伯特变换器(5)的瞬时频率信号输出端与数字计算器(4)的信号输入端连接，数字计算器(4)的信号输出端与低通滤波器(8)的信号输入端连接，低通滤波器(8)的信号输出端与同步解调器(7)的瞬时频率信号输入端连接，希尔伯特变换器(5)的瞬时幅值信号输出端与同步解调器(7)的瞬时幅值信号输入端连接，同步解调器(7)的信号输出端与显示器(6)的信号输入端连接；所述数字计算器(4)装有多项式最小平方差预估方法的DSP C674x数字计算器，速度850MHz‑1.25GHz，功耗为2W‑3.5W，操作系统为TI RTOS；其特征在于，所述多谐波振动信号分解方法包括以下步骤：步骤一：将输入信号x(k)转换为解析信号Y(k)；所述输入信号x(k)包括数据采集模块(1)采集到的信号和网线输入信号；所述将输入信号x(k)转换为解析信号Y(k)的具体过程为：将输入信号x(k)通过A/D转换器(3)转换成离散的数字信号y(k)，k＝1,2,…,N；通过希尔伯特变换器(5)将离散的数字信号y(k)转换为解析信号Y(k)；步骤二：计算解析信号Y(k)的瞬时频率ω(t)，其具体过程为：通过具有多项式最小平方差计算程序的数字计算器(4)计算解析信号Y(k)的瞬时频率ω(t)；步骤三：将步骤二获得的瞬时频率ω(t)通过低通滤波器(8)得到最大振动分量的瞬时频率步骤四：解析信号Y(k)通过希尔伯特变换器(5)和同步解调器(7)分解出最大振动分量的瞬时幅值A(t)；步骤五：根据步骤三得到的最大振动分量的瞬时频率和步骤四得到的最大振动分量的瞬时幅值A(t)，计算信号的最大振动分量x₁(k)；计算所述信号的最大振动分量x₁(k)的具体过程为：输入的多谐波振动信号的形式如公式(3)：其中：l表示第l个谐波分量；A_l(t)表示第l个谐波分量的幅值；表示第l个谐波分量的相角；ω_l(t)表示第l个谐波分量的瞬时频率；t表示时间；当l＝2时，即：其中，A₁(t)和A₂(t)分别表示最大振动分量幅值和剩余振动分量幅值；ω₁(t)和ω₂(t)分别表示最大振动分量和剩余振动分量的瞬时频率；将x(t)表示成单一谐波信号时，即其中，A_s(t)单一谐波信号的幅值；为单一谐波信号的相角；在一个积分周期T内，即：其中，T表示一个积分周期；经过低通滤波器后的信号频率变为最大谐波分量的瞬时频率，即ω₁(t)；将ω₁(t)作为一个同步解调器的截止频率时，得到：对多谐波信号x(t)进行一次希尔伯特变换后，得到：得到最大振动分量的幅值为：计算信号的最大振动分量公式为：对公式(11)时间t离散化，得到公式(2)：步骤六：将输入信号x(k)减去信号的最大振动分量x₁(k)，得到新的信号；判断新的信号是否满足阈值，若是，则结束；若否，则重新执行步骤一，直至满足阈值。