振動信號的多元正交分析與套用

《振動信號的多元正交分析與套用》是葉慶衛為項目負責人，寧波大學為依託單位的面上項目。

基本介紹

• 中文名：振動信號的多元正交分析與套用
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：葉慶衛
• 依託單位：寧波大學

項目摘要

振動檢測技術是各類大型結構（如橋樑、軌道、土木建築等）安全檢測中的重要技術之一，對大型結構的安全生產起到重要的作用。振動信號的多模態分解算法是振動檢測技術的核心關鍵算法，具有重大的社會效應和良好的套用價值。項目擬建立新的理論來解決振動信號的多模態混疊和噪聲信號有效剝離兩個方面的難題。與現有模態分解理論不同，該理論直接以振動模態函式族出發構建多元正交基的投影空間，解決振動信號在該空間進行投影時所遇到的基集自適應選擇、非完備基集投影誤差、投影係數變換等問題。這種多元正交投影的方式有效分離了模態，能夠把具有獨立源的噪聲對於振動信號分析的影響大幅度下降，獲得更加精確和穩定的模態參數值。這種分析思路與方法也可以推廣到相關的信號分析處理中，具有較大的學術價值。項目的理論算法有望在橋樑、軌道等振動檢測工程得到驗證與實際套用。

結題摘要

項目通過前期一段時間的預研，以及四年時間的正式研究，按期完成了申報的任務。在研究過程中，基本研究思路和內容沒有發生較大的調整，並結合稀疏採樣和稀疏最佳化求解的思路進行了後繼課題的預研。項目的成果主要圍繞申報任務的範疇，總計發表了11篇學術論文、以及5項已經申請受理或授權的發明專利。項目最終形成了專門套用于振動信號的多元非正交投影及其投影誤差估計的數學模型，部分理論與算法已經在大橋斜拉索振動檢測、輕軌錨固螺桿振動檢測中得到了較好的套用。 項目研究成果主要涵蓋申報書中的三部分研究內容，以及與項目研究內容直接相關的後繼課題的預研。在研究內容一中，共發表了論文8篇。提出了一族五元非正交基函式，把振動信號投影到這種基函式上，獲得與振動模態參數直接相關的辨識算法。對經典的隨機減量算法進行了改進研究，獲得多割線隨機減量算法，使得到的自由回響信號更加精確穩定。研究了基於投影誤差聚類剔除的多次擬合投影算法，通過不斷篩選最小投影誤差點的思路來提高擬合可信度。提出了高魯棒性的振動信號模態分離算法，通過建立一種信號點到樣本點的映射，為模態峰自動分割、高魯棒性的模態參數預估等提供堅實良好的技術基礎。運用了粒子濾波算法對振動信號的非線性效應進行了濾波研究，針對斜拉索振動進行非線性建模，運用初值估計、參數擬合、粒子濾波等手段進行了非線性振動信號的濾波處理。 在研究內容二中，共發表了論文2篇。提出一種改進的Morlet小波，利用改進Morlet小波連續變換構建了一種斜拉索振動基頻提取算法，並套用到大橋斜拉索的振動基頻提取中具有優良的密頻模態分離能力和較強的噪聲抵抗能力。直接以振動的自由回響信號為小波尺度函式，理論推導了這種新小波函式的表達式、變換式等，給出了模態準小波的基本理論和辨識算法，其密頻模態分離能力優於改進Morlet小波。 在研究內容三中，共申請了3份發明專利，其中1份已經授權，其它2份已經公告公開。一種圖像的多邊形模型的簡化方法，直接套用到這種基於圖像的振動信號處理中。一種斜拉橋拉索振動信號的降噪處理方法，提出了一種新的降噪方法。一種基於非線性的幾何校正方法，為基於圖像採集與識別的振動信號處理提供可靠的預處理手段。 另外在與項目研究內容相關的擴展研究方面，對振動信號的稀疏採集、稀疏最佳化求解進行了後繼課題的預研，共發表論文1篇，申請受理2份發明專利。