【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航空机载和地面系统设备状态监测，具体涉及一种谐频噪声分量提取方法及提取效果评估方法。
技术介绍
1、在航空机载系统中，振动传感器可用于监测飞行器各个部件的振动情况，以检测潜在机械故障。为了满足高温环境下的要求，可以使用耐高温型号的振动传感器，并结合声音传感器来获得更全面的数据。声音传感器可以通过非接触方式快速采集声音信号(噪声信号)，为振动数据提供补充信息。
2、信号采集和处理：在信号采集过程中，处理无关干扰和噪音成分是至关重要的。由于机械故障主要表现为谐频振动，可以采用相关信息处理算法来提取谐频分量。时域同步平均(tsa)是一种有效的技术，可用于提高信号信噪比，特别是在存在转速信息的情况下。如果没有转速信息，可以使用分数阶时域同步平均(ftsa)，并通过基于互功率谱的方法进行相位补偿，以解决累积相位误差的问题。
3、消噪技术：为进一步提升信号质量，可以考虑使用自相关处理作为一种消噪技术。这种方法不需要先验知识，可以有效提升信号信噪比。在航空机载系统中，这可以有助于减少来自发动机无关部件振动及复杂环境等干扰源的影响，从而提高故障检测的准确性。
4、总的来说，结合振动传感器、声音传感器以及上述信号处理技术，航空机载和地面系统可以更可靠地监测和诊断机械故障，提高飞行安全性和设备可靠性。这些技术的应用有助于提高航空系统的性能和效率。
5、基于互功率谱进行相位补偿的时域同步平均方法虽然有效解决了相位误差的问题，但仍然需要转频接近恒定，速度波动越大，该方法的效果会呈现急剧恶化。
6、因此目前在航空机载和地面系统的应用中，已有的提取谐频噪声分量的方法，无法解决速度波动的影响答、信噪比提升有限且提取效果不佳的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种谐频噪声分量提取方法及提取效果评估方法，能够使用阶次跟踪去除转速波动的影响；应用滤波器滤除噪声中混入的高能量低频干扰，解决应用同步平均时同步段相位无法对齐的问题；最后，结合自相关降噪优势，进一步提升信噪比，同时通过提出的提取效果评估方法对该谐频噪声分量提取方法的提取效果进行评估，为提升提取效果提供了依据。
2、为达到上述目的，本专利技术的技术方案一种谐频噪声分量提取方法，包括如下步骤：
3、步骤一：在航空机载和地面系统中，同一工况下，分别采集噪声信号和转速信号；
4、设定时间间隔至少为待分析转子旋转2转的时间，利用所设定的时间间隔对噪声信号和转速信号进行截取，获得一系列等时间长度短时信号及对应短时转速信号；
5、步骤二：处理一系列等时间长度短时信号及对应短时转速信号，获得转频数据，然后用转频数据对滤波信号进行阶次跟踪，转化为角域平稳信号；
6、步骤三：针对角域平稳信号进行同步平均处理，获得同步平均信号。
7、步骤四：同步平均信号经过自相关运算获得自相关信号，再经傅里叶变换得到阶次谱，最终完成谐频噪声分量的提取。
8、进一步地，步骤一中，在航空机载和底面系统中，同一工况下，噪声信号通过声音传感器进行采集；转速信号通过转速传感器进行采集。
9、进一步地，处理一系列等时间长度短时信号及对应短时转速信号，获得转频数据，具体步骤如下：
10、步骤一中得到的一系列等时间长度短时信号为xi(t)，对应短时转速信号为ni(t)，i为序号。
11、对各短时转速信号ni(t)求其平均值mni。
12、短时信号xi(t)作傅里叶fft变换得到频谱xi(f)
13、xi(f)＝fft(xi(t))
14、其中fft(·)为傅里叶变换，f为频率，单位：hz。
15、依据mni和频谱xi(f)获取转频数据f(i)
16、f(i)＝nearmax(xi(f＝mni/60))
17、nearmax(·)为求频谱xi(f)距离f＝mni/60最近极大值时对应横坐标频率值f(i)操作，f(i)单位：hz。
18、首先观察频谱xi(f)，根据频谱xi(f)分量集中的范围，设置带通滤波器上限频率fh；其次，依据声场环境设置带通滤波器下限频率fl，fl依经验设置，应用滤波参数[fl,fh]对短时信号xi(t)进行带通滤波获得滤波信号xfi(t)。
19、定义矩形窗函数w(f)：
20、
21、依据给定的滤波带宽，将频谱xi(f)与矩形窗函数w(f)相乘，然后进行逆傅里叶变换得到对应的滤波信号xfi(t)：
22、xfi(f)＝xi(f)·w(f)
23、
24、进一步地，步骤二：处理一系列等时间长度短时信号及对应短时转速信号，获得转频数据，然后用转频数据对滤波信号进行阶次跟踪，转化为角域平稳信号，具体为：
25、依据滤波信号xfi(t)对应转频f(i)，将转频f(i)×60分别复制延拓至与信号xfi(t)相同长度如公式(7)，然后对xfi(t)进行阶次跟踪获得对应角域信号ysi(r)，其中r为转数。
26、rpmi＝(f(i)×60…f(i)×60…f(i)×60)1×n
27、其中n为信号xfi(t)的数据长度。
28、阶次跟踪为进行等角度采样，实质上是等角度时刻的获取，等角度时刻获取后在原函数上插值拟合即得到角域平稳信号，即依据最短数据长度角域信号ysi(r)所包含最大整数转数l对所有角域信号统一进行截断处理，定义截断后的等长度信号为reysi(n)，其中n表示信号的数据点n＝1,2,3…，reysi(n)即为获得的角域平稳信号。
29、进一步地，步骤三：针对角域平稳信号进行同步平均处理，获得同步平均信号，具体包括如下步骤：
30、a.对于角域平稳信号reysi(n)，其第i段的检相信号定义为:
31、
32、其中fs为阶次跟踪设置的重采样频率，数值等于基准轴旋转1周的采样点数。
33、b.构造与检相信号相同长度的参考余弦序列
34、
35、然后计算互功率谱pi(k)和相位相位用于相位补偿：
36、
37、
38、c.将b中得到的相位转换为采样点的个数，表达式是:
39、
40、其中round(·)为四舍五入取整操作。
41、通过循环移位消除段间相位差，该循环移位过程表示为：
42、
43、其中是第i个同步段。
44、d.所有同步段取平均值：
45、
46、其中xc为最终得到的同步平均信号，q为同步段数量。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种谐频噪声分量提取方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的一种谐频噪声分量提取方法，其特征在于，所述步骤一中，在航空机载和底面系统中，同一工况下，所述噪声信号通过声音传感器进行采集；所述转速信号通过转速传感器进行采集。
3.如权利要求1所述的一种谐频噪声分量提取方法，其特征在于，所述处理所述一系列等时间长度短时信号及对应短时转速信号，获得转频数据，具体步骤如下：
4.如权利要求3所述的一种谐频噪声分量提取方法，其特征在于，所述步骤二：处理所述一系列等时间长度短时信号及对应短时转速信号，获得转频数据，然后用转频数据对滤波信号进行阶次跟踪，转化为角域平稳信号，具体为：
5.如权利要求4所述的一种谐频噪声分量提取方法，其特征在于，所述步骤三：针对所述角域平稳信号进行同步平均处理，获得同步平均信号，具体包括如下步骤：
6.一种谐频噪声分量提取方法的提取效果评估方法，其特征在于，采用如权利要求1～5任一所述的一种谐频噪声分量提取方法进行谐频噪声分量提取；
【技术特征摘要】
1.一种谐频噪声分量提取方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的一种谐频噪声分量提取方法，其特征在于，所述步骤一中，在航空机载和底面系统中，同一工况下，所述噪声信号通过声音传感器进行采集；所述转速信号通过转速传感器进行采集。
3.如权利要求1所述的一种谐频噪声分量提取方法，其特征在于，所述处理所述一系列等时间长度短时信号及对应短时转速信号，获得转频数据，具体步骤如下：
4.如权利要求3所述的一种谐频噪声分量提取方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡明辉，李金发，邹利民，江志农，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：
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