一种基于LMD的冲击响应谱时域信号合成的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于LMD的冲击响应谱时域信号合成的方法及装置，所述方法包括：获取实测冲击信号的各PF信号分量的时间‑频率分布特性曲线中各采样时刻对应的采样频率；对所述采样频率进行聚类处理，获取各聚类中心对应的时间‑频率分布特性曲线；对所述各聚类中心对应的时间‑频率分布特性曲线的幅值进行修正；利用修正幅值后的各聚类中心对应的时间‑频率分布特性曲线合成冲击响应谱时域信号；本发明专利技术提供的技术方案，通过基于LMD的冲击响应谱时域信号合成的方法合成的冲击响应谱时域信号，具有较好的平坦度且波动较小，能够更好的模拟实际冲击环境。

A method and device for time domain signal synthesis of shock response spectrum based on LMD

The present invention relates to a method and apparatus for synthesizing impulse response spectrum signal in time domain based on LMD. The method includes: acquiring the sampling frequency corresponding to each sampling time in the time-frequency distribution characteristic curve of each PF signal component of the measured impulse signal; clustering the sampling frequency to obtain the corresponding clustering center. The time-frequency distribution characteristic curve, the amplitude of the time-frequency distribution characteristic curve corresponding to the clustering centers are modified, the time-frequency distribution characteristic curve corresponding to the clustering centers is used to synthesize the time-domain signal of the shock response spectrum, and the technical scheme provided by the invention is based on LMD. The time-domain signal of shock response spectrum synthesized by the time-domain signal synthesis method of shock response spectrum has better flatness and less fluctuation, and can better simulate the actual shock environment.

【技术实现步骤摘要】
一种基于LMD的冲击响应谱时域信号合成的方法及装置
本专利技术涉及动力学环境的冲击响应谱时域波形合成领域，具体涉及一种基于LMD的冲击响应谱时域信号合成的方法及装置。
技术介绍
冲击试验是考核产品的结构和功能在非重复性冲击环境下的适应性的一种试验方法，冲击试验通常是给定具有一定容差范围的冲击响应谱作为实验条件。在实验室的条件下，广泛使用振动台进行冲击模拟实验。目前，传统的生成冲击响应谱时域信号的方法主要是经典波形法和波形综合法。其中的波形综合法是以等效损伤为依据，根据冲击响应谱对应的时域波形合成的方法与原理，通过对衰减正弦波、合成小波等基本波形进行合成以满足冲击响应谱的瞬态时域波形，从而使合成的瞬态时域波形对应的冲击响应谱在一定容差范围内满足冲击试验制定的试验条件。就目前的传统生成冲击响应谱时域信号的方法的而言，经典波形法的试验控制技术虽然实现方式简单，但是往往无法模拟复杂且实际的冲击环境；波形综合法虽然可以生成能够模拟复杂冲击环境的冲击响应信号，但是其波形在冲击作用时间、冲击峰值等方面与实际冲击环境下的时域波形存在一定的差异，且合成过程中需要对基本波形的幅值、时间和波形参数进行修正，修正的过程迭代次数较多，操作复杂，因此，有必要提供一种新的基于LMD的冲击响应谱时域信号合成的方法及装置，用以更好的模拟实际的冲击环境。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于LMD的冲击响应谱时域信号合成的方法及装置，其目的是合成能够满足冲击试验条件的冲击响应谱时域波形，使合成的冲击响应谱时域波形与实测的冲击信号更接近，能更好的模拟实际的冲击环境。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：一种基于LMD的冲击响应谱时域信号合成的方法，其改进之处在于，包括：根据实测冲击信号的各PF信号分量的时间-频率分布特性曲线，获取各PF信号分量的时间-频率分布特性曲线中各采样时刻对应的信号频率；根据参考冲击响应谱的频率区间对所述各PF信号分量的时间-频率分布特性曲线中各采样时刻对应的信号频率进行聚类，并获取各聚类中心对应的时间-频率分布特性曲线；利用参考冲击响应谱频率区间的1/3倍频程中心频率对应的幅值对所述各聚类中心对应的时间-频率分布特性曲线的幅值进行修正；利用修正幅值后的各聚类中心对应的时间-频率分布特性曲线合成冲击响应谱时域信号。优选的，所述根据实测冲击信号的各PF信号分量的时间-频率分布特性曲线，获取各PF信号分量的时间-频率分布特性曲线中各采样时刻对应的信号频率，包括：按下式确定所述实测冲击信号的第i个PF信号分量的时间-频率分布特性曲线FT_PFsi：其中：i∈[1,N]，N为实测冲击信号的PF信号分量的个数，si(t)为第i个PF信号分量的纯调频信号；获取所述实测冲击信号的第i个PF信号分量的时间-频率分布特性曲线中的各采样时刻对应的信号频率。优选的，所述根据参考冲击响应谱的频率区间对所述各PF信号分量的时间-频率分布特性曲线中各采样时刻对应的信号频率进行聚类，并获取各聚类中心对应的时间-频率分布特性曲线，包括：将参考冲击响应谱频率区间的1/3倍频程中心频率作为聚类中心，利用K-MEANS聚类算法对所述各PF信号分量的时间-频率分布特性曲线中各采样时刻对应的信号频率进行聚类，获取M个聚类中心；根据聚类中心中的采样时刻对应的信号频率获取所述各聚类中心对应的时间-频率分布特性曲线；其中，FH为所述参考冲击响应谱频率区间上限值，FL为所述参考冲击响应谱频率区间下限值。进一步的，所述将参考冲击响应谱频率区间的1/3倍频程中心频率作为聚类中心，利用K-MEANS聚类算法对所述各PF信号分量的时间-频率分布特性曲线中各采样时刻对应的信号频率进行聚类，获取M个聚类中心，包括：按下式判断实测冲击信号的第i个PF信号分量的时间-频率分布特性曲线中采样时刻t对应的信号频率Fsi,t是否属于第j个聚类中心：其中：D(i,j,t)为Fsi,t与所述参考冲击响应谱频率区间的第j个1/3倍频程中心频率Foctj的距离，D(i,j,t)＝|Fsi,t-Foctj|，Foctk为所述参考冲击响应谱频率区间的第k个1/3倍频程中心频率。优选的，所述利用参考冲击响应谱频率区间的1/3倍频程中心频率对应的幅值对所述各聚类中心对应的时间-频率分布特性曲线的幅值进行修正，包括：若at,j满足|aj,t-Aj|＞ε，则将at,j替换为Aj；若at,j不满足|aj,t-Aj|＞ε，则at,j不变；其中，aj,t为第j个聚类中心对应的时间-频率分布特性曲线中采样时刻t对应的幅值，Aj为所述参考冲击响应谱频率区间的第j个1/3倍频程中心频率对应的幅值，ε为第一阈值。优选的，所述利用修正幅值后的各聚类中心对应的时间-频率分布特性曲线合成冲击响应谱时域信号，包括：按下式合成冲击响应谱时域信号ssyn(t)：其中：为各聚类中心对应的时间-频率分布特性曲线的叠加值，M为聚类中心的个数，r(t)为修正信号，其中，r(t)需满足且r(t)的信号频率Foctj为所述参考冲击响应谱频率区间的第j个1/3倍频程中心频率，[Foctj/21/6,Foctj*21/6]为所述参考冲击响应谱频率区间的1/3倍频程带宽。一种基于LMD的冲击响应谱时域信号合成的装置，其改进之处在于，包括：第一获取单元，用于根据实测冲击信号的各PF信号分量的时间-频率分布特性曲线，获取各PF信号分量的时间-频率分布特性曲线中各采样时刻对应的信号频率；第二获取单元，用于根据参考冲击响应谱的频率区间对所述各PF信号分量的时间-频率分布特性曲线中各采样时刻对应的信号频率进行聚类，并获取各聚类中心对应的时间-频率分布特性曲线；修正单元，用于利用参考冲击响应谱频率区间的1/3倍频程中心频率对应的幅值对所述各聚类中心对应的时间-频率分布特性曲线的幅值进行修正；合成单元，用于利用修正幅值后的各聚类中心对应的时间-频率分布特性曲线合成冲击响应谱时域信号。优选的，所述第一获取单元，包括：第一确定模块，用于按下式确定所述实测冲击信号的第i个PF信号分量的时间-频率分布特性曲线FT_PFsi：其中：i∈[1,N]，N为实测冲击信号的PF信号分量的个数，si(t)为第i个PF信号分量的纯调频信号；第一获取模块，用于获取所述实测冲击信号的第i个PF信号分量的时间-频率分布特性曲线中的各采样时刻对应的信号频率。优选的，所述第二获取单元，包括：第一获取模块，用于将参考冲击响应谱频率区间的1/3倍频程中心频率作为聚类中心，利用K-MEANS聚类算法对所述各PF信号分量的时间-频率分布特性曲线中各采样时刻对应的信号频率进行聚类，获取M个聚类中心；第二获取模块，用于根据聚类中心中的采样时刻对应的信号频率获取所述各聚类中心对应的时间-频率分布特性曲线；其中，FH为所述参考冲击响应谱频率区间上限值，FL为所述参考冲击响应谱频率区间下限值。进一步的，所述第一获取模块，用于：按下式判断实测冲击信号的第i个PF信号分量的时间-频率分布特性曲线中采样时刻t对应的信号频率Fsi,t是否属于第j个聚类中心：其中：D(i,j,t)为Fsi,t与所述参考冲击响应谱频率区间的第j个1/3倍频程中心频率Foctj的距离，D(i,j,t)＝|Fsi,t-Foctj|，Foct本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于LMD的冲击响应谱时域信号合成的方法，其特征在于，所述方法包括：根据实测冲击信号的各PF信号分量的时间‑频率分布特性曲线，获取各PF信号分量的时间‑频率分布特性曲线中各采样时刻对应的信号频率；根据参考冲击响应谱的频率区间对所述各PF信号分量的时间‑频率分布特性曲线中各采样时刻对应的信号频率进行聚类，并获取各聚类中心对应的时间‑频率分布特性曲线；利用参考冲击响应谱频率区间的1/3倍频程中心频率对应的幅值对所述各聚类中心对应的时间‑频率分布特性曲线的幅值进行修正；利用修正幅值后的各聚类中心对应的时间‑频率分布特性曲线合成冲击响应谱时域信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于LMD的冲击响应谱时域信号合成的方法，其特征在于，所述方法包括：根据实测冲击信号的各PF信号分量的时间-频率分布特性曲线，获取各PF信号分量的时间-频率分布特性曲线中各采样时刻对应的信号频率；根据参考冲击响应谱的频率区间对所述各PF信号分量的时间-频率分布特性曲线中各采样时刻对应的信号频率进行聚类，并获取各聚类中心对应的时间-频率分布特性曲线；利用参考冲击响应谱频率区间的1/3倍频程中心频率对应的幅值对所述各聚类中心对应的时间-频率分布特性曲线的幅值进行修正；利用修正幅值后的各聚类中心对应的时间-频率分布特性曲线合成冲击响应谱时域信号。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据实测冲击信号的各PF信号分量的时间-频率分布特性曲线，获取各PF信号分量的时间-频率分布特性曲线中各采样时刻对应的信号频率，包括：按下式确定所述实测冲击信号的第i个PF信号分量的时间-频率分布特性曲线FT_PFsi：其中：i∈[1,N]，N为实测冲击信号的PF信号分量的个数，si(t)为第i个PF信号分量的纯调频信号；获取所述实测冲击信号的第i个PF信号分量的时间-频率分布特性曲线中的各采样时刻对应的信号频率。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据参考冲击响应谱的频率区间对所述各PF信号分量的时间-频率分布特性曲线中各采样时刻对应的信号频率进行聚类，并获取各聚类中心对应的时间-频率分布特性曲线，包括：将参考冲击响应谱频率区间的1/3倍频程中心频率作为聚类中心，利用K-MEANS聚类算法对所述各PF信号分量的时间-频率分布特性曲线中各采样时刻对应的信号频率进行聚类，获取M个聚类中心；根据聚类中心中的采样时刻对应的信号频率获取所述各聚类中心对应的时间-频率分布特性曲线；其中，FH为所述参考冲击响应谱频率区间上限值，FL为所述参考冲击响应谱频率区间下限值。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将参考冲击响应谱频率区间的1/3倍频程中心频率作为聚类中心，利用K-MEANS聚类算法对所述各PF信号分量的时间-频率分布特性曲线中各采样时刻对应的信号频率进行聚类，获取M个聚类中心，包括：按下式判断实测冲击信号的第i个PF信号分量的时间-频率分布特性曲线中采样时刻t对应的信号频率Fsi,t是否属于第j个聚类中心：其中：D(i,j,t)为Fsi,t与所述参考冲击响应谱频率区间的第j个1/3倍频程中心频率Foctj的距离，D(i,j,t)＝|Fsi,t-Foctj|，Foctk为所述参考冲击响应谱频率区间的第k个1/3倍频程中心频率。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用参考冲击响应谱频率区间的1/3倍频程中心频率对应的幅值对所述各聚类中心对应的时间-频率分布特性曲线的幅值进行修正，包括：若at,j满足|aj,t-Aj|＞ε，则将at,j替换为Aj；若at,j不满足|aj,t-Aj|＞ε，则at,j不变；其中，aj,t为第j个聚类中心对应的时间-频率分布特性曲线中采样时刻t对应的幅值，Aj为所述参考冲击响应谱频率区间的第j个1/3倍频程中心频率对应的幅值，ε为第一阈值。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用修正幅值后的各聚类中心对应的时间-频率分布特性曲线合成冲击响应谱时域信号，包括：按下式合成冲击响应谱时域信号ssyn(t)：其中：为各聚类中心对应的时间-频率分布特性曲线的叠加值，M为聚类中心的个数，r(t)为...

【专利技术属性】
技术研发人员：师培峰，邱伟，王振田，
申请(专利权)人：北京航天斯达科技有限公司，北京强度环境研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11