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基于同步提取变换的钢轨踏面裂纹电磁超声表面SH波B扫成像检测研究

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铁道学报 2023年第6期45卷 96-105页

作者：钟芳桃石文泽卢超陈振华陈果董德秀南昌航空大学无损检测教育部重点实验室江西南昌330063 中科院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京100190 赣南师范大学江西省数值模拟与仿真技术重点实验室江西赣州341000 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司辽宁沈阳110043

钢轨踏面在车轮的重复载荷作用下,极易产生滚动接触疲劳裂纹,并从轨头向下扩展,甚至导致断轨等重大安全事故,因此开展钢轨踏面裂纹高效准确的无损检测方法研究具有重要意义。对于钢轨轨头有限截面非规则几何体,无法采用解析法求解其频... 详细信息

钢轨踏面在车轮的重复载荷作用下,极易产生滚动接触疲劳裂纹,并从轨头向下扩展,甚至导致断轨等重大安全事故,因此开展钢轨踏面裂纹高效准确的无损检测方法研究具有重要意义。对于钢轨轨头有限截面非规则几何体,无法采用解析法求解其频散曲线,采用Floquet-Bloch边界的有限元特征频率法,求解钢轨轨头类水平剪切导波频散曲线,在频散曲线的基础上,分析并确定电磁超声表面水平剪切波换能器的最佳检测频率。建立表面水平剪切波在含踏面裂纹钢轨轨头的传播有限元模型,研究表面水平剪切波在不同角度、深度的踏面裂纹上的反射及透射规律。为实现快速的钢轨踏面裂纹B扫成像检测且得到高信噪比的检测结果,实验对比同步提取变换和同步压缩变换对钢轨踏面检测回波的噪声滤除能力。结果表明:对单次检测回波应用同步提取变换消噪处理后,信噪比提高13.73 dB,比单次采集信号经同步压缩变换处理后的信噪比高4 dB。将同步提取变换用于钢轨踏面导波B扫成像检测,可以减小同步平均次数以满足快速检测的要求。

关键词：钢轨踏面裂纹表面水平剪切波有限元特征频率法同步压缩变换同步提取变换

多分量同步提取变换驱动的无键相状态下中介轴承故障诊断

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机械工程学报 2024年

作者：杨阳胡明辉江志农卢子元北京化工大学发动机健康监控及网络化教育部重点实验室成都航利(集团)实业有限公司北京化工大学高端机械装备健康监控与自愈化北京市重点实验室

中介轴承是航空发动机的易发故障部位，在弹性支承、薄壁机匣等复杂结构影响下，机匣测得振动信号中的中介轴承故障特征极其微弱，并且因设备长期处于频繁变工况状态，缺少与振动信号完全同步、精确的高低压转速信号作为参考，振动信号... 详细信息

中介轴承是航空发动机的易发故障部位，在弹性支承、薄壁机匣等复杂结构影响下，机匣测得振动信号中的中介轴承故障特征极其微弱，并且因设备长期处于频繁变工况状态，缺少与振动信号完全同步、精确的高低压转速信号作为参考，振动信号的非线性时变特征同样对中介轴承故障诊断干扰严重。针对上述问题，提出一种多分量同步提取变换驱动的无键相状态下中介轴承故障诊断方法，首先利用同步提取变换(Synchroextracting transform,SET)剔除时频图中的冗余时频能量，在同组低信噪比振动信号中提取出中介轴承的内外圈多分量转频成分；再对原始振动信号进行最小熵解卷积(Minimumentropy deconvolution,MED)和信息图来增强受传递路径和环境影响的微弱故障特征，MED在突出故障脉冲的同时优化了信息图中的谱负熵结果，最优共振解调频带选择也更为准确；最后以提取转频结果的差值作为故障增强后信号转差域的基准进行阶次跟踪并进行包络分析。仿真与试验分析结果表明，该方法可在无转速计测量下有效提取出中介轴承的故障特征阶次，实现对中介轴承的故障诊断，并且较典型信号处理方法具有明显优势。

关键词：中介轴承变工况同步提取变换最小熵解卷积信息图

非线性调频模态分解-同步提取变换方法及其在滚动轴承故障诊断中的应用

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兵工学报 2021年第6期42卷 1324-1330页

作者：李志农胡志峰毛清华张旭辉陶俊勇南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室江西南昌330063 国防科技大学装备综合保障技术重点实验室湖南长沙410073 西安科技大学陕西省矿山机电装备智能监测重点实验室陕西西安710054

传统同步提取变换(SET)方法在处理多分量非平稳复杂信号时,各相邻分量的瞬时频率差要大于窗函数频率支撑范围的2倍,否则时频结果易发生频率混叠,而工程信号常常难以满足。此外,在处理高噪的复杂信号时,其时频分辨率往往不理想。针对此不... 详细信息

传统同步提取变换(SET)方法在处理多分量非平稳复杂信号时,各相邻分量的瞬时频率差要大于窗函数频率支撑范围的2倍,否则时频结果易发生频率混叠,而工程信号常常难以满足。此外,在处理高噪的复杂信号时,其时频分辨率往往不理想。针对此不足,将非线性调频模态分解(VNCMD)引入SET中,提出一种VNCMD-SET的故障诊断方法。利用VNCMD通过结合解调手段以及变分模态分解的联合优化方案来有效处理频率临近甚至交叉的非平稳信号,对故障信号进行分解重构,对该重构信号进行SET处理。将所提方法与传统SET方法进行对比研究,并进行实验验证。仿真和实验结果表明:VNCMD-SET方法明显优于传统SET方法,克服了传统SET方法的不足;VNCMD-SET方法能有效提取出故障信号的频率特征,且不发生混叠,同时具有一定的抗噪性能。

关键词：滚动轴承非线性调频模态分解同步提取变换故障诊断

同步提取变换算法的改进研究及其在地震信号分析中的应用

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同步提取变换算法的改进研究及其在地震信号分析中的应用

作者：康佳星成都理工大学

学位级别：硕士

时频分析作为非平稳信号处理领域的一个重要分支,一直是现代信号处理的研究热点之一。时频分析通过将一维时间信号变换到二维时频平面上,可以同时描述信号在不同时间不同频率下的能量密度和强度,以便人们了解信号的频谱等统计量随时间... 详细信息

时频分析作为非平稳信号处理领域的一个重要分支,一直是现代信号处理的研究热点之一。时频分析通过将一维时间信号变换到二维时频平面上,可以同时描述信号在不同时间不同频率下的能量密度和强度,以便人们了解信号的频谱等统计量随时间的变化特征,提供更多的局部特征信息,因此已经被广泛应用于地震勘探、语音信号识别、轴承检测等众多领域。时频分辨率是评价时频分析方法优劣的重要指标之一,随着人们对分析精度的要求越发提高,高分辨率时频分析方法的研究越来越受到重视,这就促进了传统时频分析方法的改进和高分辨率时频分析方法的提出。同步提取变换（Synchroextracting transform,SET）就是在传统时频分析基础上,新近提出的一种高分辨率时频分析方法。该方法在短时傅里叶变换基础上,建立一种同步提取算子,用于提取原始时频谱上时频脊线位置处的时频系数,从而得到一个新的时频谱,避免了Heisenberg-Gabor不定问题,大大提高了时频分析精度。由于同步提取变换的特点,对于地震信号的处理具有独特优势,预示了SET在地震信号处理领域中的应用前景。基于对SET算法的认识,本文从不同角度出发对其进行了改进,提出了联合经验小波变换与同步提取变换法（EWT-SET方法）和同步提取广义S变换（Synchroextracting generalized S-transform,SEGST）两种改进算法,并探究了SET算法及其改进算法在地震信号分析中的应用,所做的具体工作和取得的成果如下:（1）深入研究了SET算法,对其思路的来源、算法原理及时频分析特征进行了总结及相应的仿真,为后续开展SET算法的改进工作及其在地震信号分析中的应用研究奠定基础。（2）将SET引入到地震信号处理领域中,并针对其在分析非平稳复杂信号时存在的不足,提出了基于经验小波变换（Empirical wavelet transform,EWT）与SET的时频分析方法,命名为联合经验小波变换与同步提取变换法（EWT-SET方法）。合成信号结果表明,EWT-SET方法拥有更好的时频表征能力。成功将EWT-SET方法应用于地震信号时频分析中,理论模型及实际资料处理表明,该方法能有效地识别出与储层有关的衰减特征,从而实现储层检测的目的。（3）基于广义S变换比短时傅里叶变换更灵活、应用范围更广这一事实,提出了同步提取广义S变换（SEGST）,并给出了原理的详细推导过程。合成信号结果表明SEGST不但具有较好的时频分辨率,而且具有较强的灵活性,可以同时对高频、低频信息进行较好的刻画。成功将SEGST应用于地震信号时频分析中,实现薄储层识别的目的,并对比分析了该算法与短时傅里叶变换、广义S变换以及SET处理效果,结果表明SEGST具有更高的识别精度。

关键词：时频分析同步提取变换同步提取广义S变换地震信号

基于同步提取变换和脊线检测的空间锥体目标微多普勒特征提取方法

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系统工程与电子技术 2024年

作者：王磊苏倩韦高李建周西北工业大学电子信息学院

针对空间锥体目标微多普勒提取时在微多普勒曲线交叉处易出现跟踪错误的问题，提出了一种基于同步提取变换和脊线检测的微多普勒特征提取方法。该方法利用同步提取变换技术得到能量分布更加集中的时频像，并使用Hough变换提取锥体顶部... 详细信息

针对空间锥体目标微多普勒提取时在微多普勒曲线交叉处易出现跟踪错误的问题，提出了一种基于同步提取变换和脊线检测的微多普勒特征提取方法。该方法利用同步提取变换技术得到能量分布更加集中的时频像，并使用Hough变换提取锥体顶部产生的正弦微多普勒曲线，之后基于CLEAN思想，将提取到的顶部微多普勒曲线从时频像中消除，最后利用基于改进疯爬算法和卡尔曼滤波的脊线检测算法提取锥体底部产生的非正弦微多普勒曲线。仿真结果表明，该方法可以避免微多普勒曲线交叉处的跟踪错误问题，正确提取微多普勒特征。

关键词：同步提取变换空间锥体目标微多普勒 Hough变换

同步提取变换的改进算法研究及其在地震储层识别中的应用

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同步提取变换的改进算法研究及其在地震储层识别中的应用

作者：周心悦成都理工大学

学位级别：硕士

时频分析是信号处理领域常用的方法之一。目前一些诸如同步挤压变换、同步提取变换之类的时频分析方法在计算瞬时频率时会出现偏差,不够准确。针对此问题,本研究借助泰勒展式的“逼近思想”,对信号中的振幅和相位进行泰勒展开,将其代入... 详细信息

时频分析是信号处理领域常用的方法之一。目前一些诸如同步挤压变换、同步提取变换之类的时频分析方法在计算瞬时频率时会出现偏差,不够准确。针对此问题,本研究借助泰勒展式的“逼近思想”,对信号中的振幅和相位进行泰勒展开,将其代入瞬时频率计算公式中,并与同步提取变换（SET）结合以此提高SET中瞬时频率估算的精度,进一步解决SET在处理信号时精度的问题。通过对振幅和相位进行不同阶数的泰勒,对SET变换进行改进,推导出二阶同步提取变换（FSET2）和高阶同步提取变换（FSETH）。并通过实验探索了两种新的算法在地震资料储层识别应用中的效果。本论文主要的研究内容和成果大致如下:（1）通过时频分析方法相关文献资料的研究,深入了解了短时Fourier变换（STFT）、SET变换等方法,以及这些方法在信号处理、图像处理等方面存在的问题。通过时频方法发展史的研究,得到了SET的改进思路,为后面的算法改进工作奠定了理论基础。（2）提出了二阶同步提取变换（FSET2）。通过将信号的振幅和相位与泰勒变换相结合,利用二阶泰勒展式对振幅和相位进行表示,并代入到瞬时频率的表达式中,推导出新的瞬时频率计算公式;利用新的瞬时频率计算出二阶的同步提取算子（FSEO2）,将FSEO2作用于STFT谱上,获得新的FSET2时频谱。运用STFT、SET和FSET2变换对单分量仿真信号和多分量的仿真信号进行测试,结果说明:几种方法都能够描述信号的时频分布,但FSET2处理的结果对信号刻画的精度更高,能为后续的研究提供更多的信息。（3）提出了高阶同步提取变换（FSETH）。在FSET2算法的基础上,进行了更高阶数的泰勒展开,得到振幅和相位的高阶泰勒公式,并将它们代入SET算法中,借助关于时间和频率的“复杂算子”递推得到相应公式,推导出高阶瞬时频率估算公式,并利用delta函数获得高阶同步提取算子（FSEOH）。通过FSEOH算子与STFT变换结果相结合,得到新的FSETH时频谱。利用不同的仿真信号对新方法进行测试,从处理得到的时频谱可以看到,FSETH对较低频率部分信息和频率相对较高部分信息的刻画最为精确。（4）新方法在地震资料处理中的应用。利用STFT、SET、FSET2和FSETH方法对仿真信号和川西盆地的实际地震资料进行分析,从处理的结果可以看到,STFT所得的效果最粗糙,FSET2和FSETH得到的时频谱比SET的结果,在能量聚焦方面要更好。同时,FSETH得到单频剖面比FSET2得到的单频剖面的横向连续性要好。

关键词：时频分析同步提取变换二阶同步提取变换高阶同步提取变换地震储层识别

次同步振荡在线监测的同步提取变换和朴素贝叶斯方法

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电力系统自动化 2019年第3期43卷 187-192页

作者：赵妍崔浩瀚荣子超东北电力大学输变电技术学院吉林省吉林市132012 东北电力大学电气工程学院吉林省吉林市132012 国网吉林省电力有限公司梨树县供电公司吉林省四平市136500

目前基于相量测量单元(PMU)实现次同步振荡在线辨识和告警存在的问题有:参数辨识一般只辨识频率、幅值,不辨识衰减因子;告警阈值的确定需要人为经验,导致告警判据的快速性和可靠性难以保证。针对上述问题,提出将同步提取变换(SET)和机... 详细信息

目前基于相量测量单元(PMU)实现次同步振荡在线辨识和告警存在的问题有:参数辨识一般只辨识频率、幅值,不辨识衰减因子;告警阈值的确定需要人为经验,导致告警判据的快速性和可靠性难以保证。针对上述问题,提出将同步提取变换(SET)和机器学习方法——朴素贝叶斯(NB)方法相结合的次同步振荡在线监测方法。SET可以快速、准确地辨识出次同步振荡的模态参数,而NB方法可以自动实现次同步振荡在线预警。首先,通过SET对已有的历史次同步振荡数据进行辨识,将辨识得到的频率和衰减因子交由NB方法学习,并生成NB分类器。然后,当有新的PMU上传的振荡信号数据时,先采用SET辨识出振荡的频率和衰减因子,再将这些参数交由NB分类器来判断是否发生次同步振荡,并准确预警,从而实现对次同步振荡的在线监测。通过IEEE第二标准模型验证了所提方法的有效性。

关键词：次同步振荡在线监测机器学习同步提取变换朴素贝叶斯

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基于同步提取变换的磁共振信号提取方法

实验室研究与探索 2022年第5期41卷 18-20,33页

作者：王琦杜海龙张蒙韦健吉林大学通信工程学院长春130026 中国能源建设集团辽宁电力勘测设计院有限公司沈阳110000

针对磁共振信号(MRS)通常会受到环境中随机噪声影响,导致数据信噪比较低的问题,基于同步提取变换设计了一种MRS提取方法。即在时频分析的基础上,通过同步提取算子得到MRS数据的同步提取变换时频谱,以达到能量集中的目的。基于脊重建原... 详细信息

针对磁共振信号(MRS)通常会受到环境中随机噪声影响,导致数据信噪比较低的问题,基于同步提取变换设计了一种MRS提取方法。即在时频分析的基础上,通过同步提取算子得到MRS数据的同步提取变换时频谱,以达到能量集中的目的。基于脊重建原理实现MRS信号的重构。最后,研究了不同噪声水平及不同窗宽对MRS信号提取结果的影响,发现随着噪声水平的增加,信号提取精度逐渐下降;适当增大SET窗函数宽度,可以有效提高MRS信号提取结果精度。

关键词：同步提取变换脊重建磁共振信号窗函数

基于同步提取变换的旋转机械振动信号时频分析

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机床与液压 2022年第7期50卷 181-186页

作者：邓向武孙国玺梁松袁鹏慧林水泉广东石油化工学院电子信息工程学院广东茂名525000 广东省石油化工装备故障诊断重点实验室广东茂名525000

为提升工业现场采集摩擦故障振动信号时频分辨率,采用小波变换、短时傅里叶变换、同步挤压变换和同步提取变换(SET)4种时频分析算法对多分量仿真信号和旋转机械的摩擦故障振动信号进行时频分析,并对同步提取变换算法原理进行详细介绍。... 详细信息

为提升工业现场采集摩擦故障振动信号时频分辨率,采用小波变换、短时傅里叶变换、同步挤压变换和同步提取变换(SET)4种时频分析算法对多分量仿真信号和旋转机械的摩擦故障振动信号进行时频分析,并对同步提取变换算法原理进行详细介绍。通过实验与其他3种算法Renyi熵值进行比较。结果表明:针对多分量仿真信号,利用SET算法可有效去除能量发散现象、混叠和端点效应,与原始多分量仿真信号的真实时频谱一致,在时间分辨率和频率分辨率上均实现了最优;针对现场摩擦故障振动信号,利用SET可以很好地抑制摩擦故障信号中的背景噪声,得到的时频图时频聚焦性较好,同时能量发散情况得到极大改善,在时频图中可以清晰地看出摩擦故障信号对应的频率。

关键词：旋转机械振动信号摩擦故障同步提取变换时频分析