一种信号相关性应用中共振辨识和消除方法及装置制造方法及图纸

一种信号相关性应用中共振辨识和消除方法和系统，所述方法包括：在待测系统上布置两个传感器，拾取两个目标信号并计算其互功率谱密度函数，采用广义互相关ROTH方法加权计算两目标函数的频响函数；分析频响函数的幅值和相位，若其幅值中存在共振峰，且对应频率的相位存在π的整数倍的偏移，则判断存在共振，读取共振峰对应的两个固有频率；针对两个固有频率计算拾振器的两个频响函数；将频域加权的互谱密度函数乘以拾振器的频响函数的比值来消除共振，再对其进行傅里叶逆变换计算广义互相关函数；根据互相关函数的主峰值，输出与主峰值对应的时延估计。本发明专利技术的方法能够提高相关时延估计在工程应用中的准确性、鲁棒性、实用性。

A method and device for resonance recognition and elimination in signal correlation application

A method and system for resonance identification and elimination in signal correlation applications. The method includes: two sensors are arranged on the system to be measured, two target signals are picked up and their mutual power spectral density functions are calculated. The frequency response function of the two target function is weighted by the generalized cross correlation ROTH method; and the amplitude of the frequency response function is analyzed. And phase, if there is a resonance peak in its amplitude, and the phase of the corresponding frequency has an offset of an integer multiple of PI, it will judge the existence of resonance, read the two natural frequencies corresponding to the resonance peak, and calculate the two frequency response functions of the vibrator for the two natural frequencies, and multiply the frequency domain weighted cross spectral density function by the frequency response function of the pickup. The ratio is used to eliminate the resonance, then the Fourier inverse transform is used to calculate the generalized cross correlation function, and the time delay estimation corresponding to the main peak value is output according to the peak value of the cross correlation function. The method of the invention can improve the accuracy, robustness and practicability of the time delay estimation in engineering application.

【技术实现步骤摘要】
一种信号相关性应用中共振辨识和消除方法及装置
本专利技术涉及测量
，特别涉及一种信号相关性应用中共振辨识和消除方法及装置。
技术介绍
相关时延估计是信号处理领域研究的热点，其关键技术已被应用于噪声源及目标定位、机械故障诊断等工程实际中。其原理是：首先测量由源信号经不同传播路径后形成的两路目标信号，再对所采集信号进行滤波后基本互相关运算，进而根据最大相关峰确定所采集信号之间的时间差(时延)。当强干扰工况下，如低信噪比、强反射、多源定位等，基本互相关的时延估计值的精度较低。文献[1](KnappCH,CarterG.C.Thegeneralizedcorrelationmethodforestimationoftimedelay[J].IEEETransactionsonAcousticSpeechonSignalProcessing,1976:320-327.)采用广义互相关算法通过对两路目标信号做傅里叶变换求取互谱密度函数，对其频域加权后做傅里叶逆变换得到互相关函数。常用的广义互相关算法为ROTH、WIENER、PHAT、SCOT和ML等。对比基本互相关算法，广义互相关可更有效锐化主峰(最大相关峰)。然而实际时延估计效果并不理想，其原因是，在采集两路目标信号的测量过程中，当传感器直接与待测系统接触时，形成新的耦合系统。一旦出现共振，目标信号中还将混有共振分量；二则，因为共振分量的存在，进而影响了滤波器参数设定，将导致实际测量中相关时延估计准确性下降。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服目前相关时延估计方法存在的上述缺陷，提出了一种信号相关性应用中共振辨识和消除方法及装置，所述方法可实现共振的辨识，利用信号相关性应用中消除共振分量的方法，得到解耦后的目标信号。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种信号相关性应用中共振辨识和消除方法，所述方法包括：在待测系统上布置两个传感器，拾取两个目标信号并计算其互功率谱密度函数，采用广义互相关ROTH方法加权计算两目标函数的频响函数；分析频响函数的幅值和相位，若其幅值中存在共振峰，且对应频率的相位存在π的整数倍的偏移，则判断存在共振，读取共振峰对应的两个固有频率；针对两个固有频率计算计算拾振器的两个频响函数；将频域加权的互谱密度函数乘以拾振器的频响函数的比值来消除共振，再对其进行傅里叶逆变换计算广义互相关函数；根据互相关函数的主峰值，输出与主峰值对应的时延估计。作为上述方法的一种改进，所述方法包括以下步骤：步骤1)在待测系统上布置两个传感器，拾取目标信号分别为xk(t),k＝1,2，计算其互功率谱密度函数：其中，*表示共轭；X1(ω)、X2(ω)分别表示x1(t)、x2(t)的傅里叶变换；||表示幅值，φ(ω)表示相位；步骤2)采用广义互相关ROTH方法对互谱密度进行频域加权，得到两目标函数的频响函数，可表示为：其中，S11(ω)表示目标信号x1(t)的自功率谱密度；步骤3)分析频响函数的幅值和相位，若其幅值中存在共振峰，且对应频率的相位存在π的整数倍的偏移，则判断存在共振，读取共振峰对应的频率记为固有频率ω1和ω2；步骤4)针对每个固有频率，设置固有频率以及阻尼比，计算拾振器的频响函数为：其中，ζ为阻尼比；步骤5)将频域加权的互谱密度函数乘以拾振器的频响函数的比值来消除共振，再对其进行傅里叶逆变换计算广义互相关函数；目标信号在去除共振后的相关函数表示为：步骤6)根据互相关函数的主峰值，输出与主峰值对应的时延估计。作为上述方法的一种改进，所述方法包括以下步骤：步骤1)在待测系统上布置两个传感器，拾取目标信号分别为xk(t),k＝1,2，计算其互功率谱密度函数：其中，*表示共轭；X1(ω)、X2(ω)分别表示x1(t)、x2(t)的傅里叶变换；||表示幅值，φ(ω)表示相位；步骤2)采用广义互相关ROTH方法对互谱密度进行频域加权，得到两目标函数的频响函数，可表示为：其中S22(ω)表示目标信号x2(t)的自功率谱密度；步骤3)分析频响函数的幅值和相位，若其幅值中存在共振峰，且对应频率的相位存在π的整数倍的偏移，则判断存在共振，读取共振峰对应的频率记为固有频率ω1和ω2；步骤4)针对每个固有频率，设置固有频率以及阻尼比，计算拾振器的频响函数为：其中，ζ为阻尼比；步骤5)将频域加权的互谱密度函数乘以拾振器的频响函数的比值来消除共振，再对其进行傅里叶逆变换计算广义互相关函数；目标信号在去除共振后的相关函数表示为：步骤6)根据互相关函数的主峰值，输出与主峰值对应的时延估计。一种信号相关性应用中共振辨识和消除系统，所述系统包括：输入模块，用于输入由传感器拾取的目标信号，将模拟信号转化成数字信号并放大，得到信号xk(t),k＝1,2；共振消除模块，用于判断输入模块的目标信号是否存在共振分量，若存在共振分量则进行共振消除运算；滤波模块，与共振消除模块连接，用于对消除共振分量后的目标信号进行滤波，进一步滤除目标信号中存在的背景噪声和反射声波等干扰信号；和运算模块，与滤波模块和共振消除模块中的辨识单元连接，用于对去除共振后目标信号的频域加权互谱密度进行傅里叶逆变换，得到广义互相关，依据最大相关峰输出对应的时延估计。作为上述系统的一种改进，所述共振消除模块包括：第一辨识单元和第一解耦单元；所述第一辨识单元，与输入模块连接，用于读取放大的目标信号，并采用广义互相关ROTH方法计算两目标函数的频响函数表达式为：其中，S11(ω)表示信号x1(t)的自功率谱密度；S12(ω)为互功率谱密度函数：其中，*表示共轭；X1(ω)、X2(ω)分别表示x1(t)、x2(t)的傅里叶变换；||表示幅值，φ(ω)表示相位；若频响函数的幅值中存在突变的共振峰，且相位对应固有频率上存在π整数倍的偏移，则判断存在共振分量，输出共振峰值对应的固有频率，记为ω1和ω2；若不存在共振分量，则直接进入滤波模块；所述第一解耦单元，与第一辨识单元连接，用于设置固有频率和阻尼计算拾振器的频响函数，并消除目标信号中的共振分量；依据下式计算谐振器的频响函数：其中，ζ为阻尼比；依据下式进行共振消除运算：作为上述系统的一种改进，所述共振消除模块包括：第二辨识单元和第二解耦单元；所述第二辨识单元，与输入模块连接，用于读取放大的目标信号，并采用广义互相关ROTH方法计算两目标函数的频响函数表达式为：其中，S22(ω)为目标信号x2(t)的自功率谱密度；S21(ω)为互功率谱密度函数：其中，*表示共轭；X1(ω)、X2(ω)分别表示x1(t)、x2(t)的傅里叶变换；||表示幅值，φ(ω)表示相位；若频响函数的幅值中存在突变的共振峰，且相位对应固有频率上存在π整数倍的偏移，则判断存在共振分量，输出共振峰值对应的固有频率，记为ω1和ω2；若不存在共振分量，则直接进入滤波模块；所述第二解耦单元，与第二辨识单元连接，用于设置固有频率和阻尼计算拾振器的频响函数，并消除目标信号中的共振分量；依据下式计算谐振器的频响函数：其中，ζ为阻尼比；依据下式进行共振消除运算：本专利技术的优势在于：1、现有相关时延估计方法未考虑共振，本专利技术方法可以实现共振的辨识，利用信号相关性应用中消除共振分量的方法，得到解耦后的目标信号；2、本专利技术的方法能够提高相关时延估计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种信号相关性应用中共振辨识和消除方法，所述方法包括：在待测系统上布置两个传感器，拾取两个目标信号并计算其互功率谱密度函数，采用广义互相关ROTH方法加权计算两目标函数的频响函数；分析频响函数的幅值和相位，若其幅值中存在共振峰，且对应频率的相位存在π的整数倍的偏移，则判断存在共振，读取共振峰对应的两个固有频率；针对两个固有频率计算拾振器的两个频响函数；将频域加权的互谱密度函数乘以拾振器的频响函数的比值来消除共振，再对其进行傅里叶逆变换计算广义互相关函数；根据互相关函数的主峰值，输出与主峰值对应的时延估计。

【技术特征摘要】
1.一种信号相关性应用中共振辨识和消除方法，所述方法包括：在待测系统上布置两个传感器，拾取两个目标信号并计算其互功率谱密度函数，采用广义互相关ROTH方法加权计算两目标函数的频响函数；分析频响函数的幅值和相位，若其幅值中存在共振峰，且对应频率的相位存在π的整数倍的偏移，则判断存在共振，读取共振峰对应的两个固有频率；针对两个固有频率计算拾振器的两个频响函数；将频域加权的互谱密度函数乘以拾振器的频响函数的比值来消除共振，再对其进行傅里叶逆变换计算广义互相关函数；根据互相关函数的主峰值，输出与主峰值对应的时延估计。2.根据权利要求1所述的信号相关性应用中共振辨识和消除方法，所述方法包括以下步骤：步骤1)在待测系统上布置两个传感器，拾取目标信号分别为xk(t),k＝1,2，计算其互功率谱密度函数：其中，*表示共轭；X1(ω)、X2(ω)分别表示x1(t)、x2(t)的傅里叶变换；||表示幅值，φ(ω)表示相位；步骤2)采用广义互相关ROTH方法对互谱密度进行频域加权，得到两目标函数的频响函数，可表示为：其中，S11(ω)分别表示目标信号x1(t)的自功率谱密度；步骤3)分析频响函数的幅值和相位，若其幅值中存在共振峰，且对应频率的相位存在π的整数倍的偏移，则判断存在共振，读取共振峰对应的频率记为固有频率ω1和ω2；步骤4)针对每个固有频率，设置固有频率以及阻尼比，计算拾振器的频响函数为：其中，ζ为阻尼比；ω为角频率；步骤5)将频域加权的互谱密度函数乘以拾振器的频响函数的比值来消除共振，再对其进行傅里叶逆变换计算广义互相关函数；目标信号在去除共振后的相关函数表示为：步骤6)根据互相关函数的主峰值，输出与主峰值对应的时延估计。3.根据权利要求1所述的信号相关性应用中共振辨识和消除方法，所述方法包括以下步骤：步骤1)在待测系统上布置两个传感器，拾取目标信号分别为xk(t),k＝1,2，计算其互功率谱密度函数：其中，*表示共轭；X1(ω)、X2(ω)分别表示x1(t)、x2(t)的傅里叶变换；||表示幅值，φ(ω)表示相位；步骤2)采用广义互相关ROTH方法对互谱密度进行频域加权，得到两目标函数的频响函数，可表示为：其中，S22(ω)表示目标信号x2(t)的自功率谱密度；步骤3)分析频响函数的幅值和相位，若其幅值中存在共振峰，且对应频率的相位存在π的整数倍的偏移，则判断存在共振，读取共振峰对应的频率记为固有频率ω1和ω2；步骤4)针对每个固有频率，设置固有频率以及阻尼比，计算拾振器的频响函数为：其中，ζ为阻尼比；ω为角频率；步骤5)将频域加权的互谱密度函数乘以拾振器的频响函数的比值来消除共振，再对其进行傅里叶逆变换计算广义互相关函数；目标...

【专利技术属性】
技术研发人员：高艳，徐成，张双江，杨军，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11