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采用知识的粒子群算法的多频微弱信号自适应随机共振检测方法

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机械工程学报 2014年第12期50卷 1-10页

作者：焦尚彬李鹏华张青黄伟超西安理工大学自动化与信息工程学院西安710048

调参随机共振系统结构参数的选择对该检测方法的性能优劣起着决定性的作用。针对工程应用中对多频微弱信号实时检测的要求,提出以平均输出信噪比为适应度函数,将随机共振系统产生最佳共振效应时势垒与噪声强度大致相等这一特性作为知识... 详细信息

调参随机共振系统结构参数的选择对该检测方法的性能优劣起着决定性的作用。针对工程应用中对多频微弱信号实时检测的要求,提出以平均输出信噪比为适应度函数,将随机共振系统产生最佳共振效应时势垒与噪声强度大致相等这一特性作为知识,采用基于知识的粒子群算法来并行优化随机共振系统结构参数。与标准粒子群算法相比,该算法能以更快的速度得到最佳的系统结构参数,自适应地实现非线性系统、输入信号和噪声之间的最佳匹配,削弱多频含噪信号中的噪声,提高信号的输出信噪比。仿真试验和水轮机振动信号提取的工程应用均表明,该方法参数寻优效率高,简单易行,在采样点数较少的条件下能最优地检测出淹没在强噪声中的多频微弱信号,可以实现早期故障特征信号的提取。

关键词：多频微弱信号自适应随机共振知识的粒子群算法多参数优化

基于变尺度频移带通随机共振的多频微弱信号检测方法

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计量学报 2013年第3期34卷 282-288页

作者：时培明丁雪娟韩东颖燕山大学电气工程学院河北秦皇岛066004 燕山大学车辆与能源学院河北秦皇岛066004

针对噪声背景下多频微弱信号检测难题，提出一种基于变尺度频移带通随机共振的多频微弱信号检测方法。首先对信号不同频段进行频率变尺度二次采样压缩处理，使每个频段满足随机共振条件。再经过随机共振系统使多个微弱信号频率成分分别... 详细信息

针对噪声背景下多频微弱信号检测难题，提出一种基于变尺度频移带通随机共振的多频微弱信号检测方法。首先对信号不同频段进行频率变尺度二次采样压缩处理，使每个频段满足随机共振条件。再经过随机共振系统使多个微弱信号频率成分分别得到增强，各段增强信号在合成前对各个频段的共振输出进行带通滤波处理，只保留增强段的信号成分。最后将得到的分段加强信号进行合成，实现多频微弱信号的检测。仿真和实际信号分析结果表明，所提方法简单易行，很好地实现了多频微弱信号的检测，能有效提高信噪比，具有良好的工程应用前景。

关键词：计量学随机共振多频微弱信号变尺度频移带通滤波

基于快速傅里叶变换和互相关的多频微弱信号重构法

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电子测量与仪器学报 2019年第3期31卷 168-175页

作者：白旭胡辉北华航天工业学院电子与控制工程学院廊坊065000

针对强噪声背景下恢复多频微弱信号波形的难题,提出一种新颖的基于快速傅里叶变换(FFT)和互相关的多频微弱信号重构法。首先使用FFT获取被测微弱信号的频域信息,根据FFT变换数据计算出被测微弱信号的各个频率成分的频率估计值;根据获取... 详细信息

针对强噪声背景下恢复多频微弱信号波形的难题,提出一种新颖的基于快速傅里叶变换(FFT)和互相关的多频微弱信号重构法。首先使用FFT获取被测微弱信号的频域信息,根据FFT变换数据计算出被测微弱信号的各个频率成分的频率估计值;根据获取的频率估计值于存储空间中生成正交参考序列,使用生成的正交参考序列和被测微弱信号进行互相关运算;进而使用获取的互相关计算值完成对微弱信号中各个频率分量的幅度和相位的估算,最终使用得到的频率、幅度及相位的估计值完成对微弱信号的重构。还给出了FFT变换的数据长度N同微弱信号信噪比之间的关系。方波作为一种典型的多频信号被用于验证该算法,仿真分析和硬件实测结果均表明该方法可以有效得从强噪声中重构并恢复多频微弱信号。

关键词：多频微弱信号快速傅里叶变换互相关信号重构

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基于小波变换的随机共振多频微弱信号检测

沈阳大学学报（自然科学版） 2016年第1期28卷 51-55页

作者：肖倩沈阳大学信息工程学院辽宁沈阳110044

针对随机共振只适用于解决单一频段信号的问题,提出了基于小波变换的随机共振多频微弱信号检测方法.对多频微弱含噪信号先进行小波变换,实现对原始含噪信号各个频段的分离,再选择各层的细节信号和逼近信号作为随机共振的输入信号,实现... 详细信息

针对随机共振只适用于解决单一频段信号的问题,提出了基于小波变换的随机共振多频微弱信号检测方法.对多频微弱含噪信号先进行小波变换,实现对原始含噪信号各个频段的分离,再选择各层的细节信号和逼近信号作为随机共振的输入信号,实现对多频微弱信号的检测.研究表明,基于小波变换的随机共振模型准确的检测出了多频微弱信号.

关键词：小波变换随机共振多频微弱信号信噪比

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基于非线性耦合双稳系统的微弱信号检测研究

科学技术与工程 2016年第2期16卷 72-77页

作者：贺利芳崔莹莹张天骐重庆邮电大学信号与信息处理重庆市重点实验室重庆400065

针对系统输入信号为低频、高频情形,以非线性耦合双稳系统为随机共振模型,分别建立自适应随机共振检测算法。选取平均信噪比增益作为衡量随机共振性能指标,设置系统参数,固定步长,自适应调节耦合系数,计算最优耦合系数。本文将非线性耦... 详细信息

针对系统输入信号为低频、高频情形,以非线性耦合双稳系统为随机共振模型,分别建立自适应随机共振检测算法。选取平均信噪比增益作为衡量随机共振性能指标,设置系统参数,固定步长,自适应调节耦合系数,计算最优耦合系数。本文将非线性耦合双稳系统首次应用于多频微弱信号检测。与传统的检测方法相比,非线性耦合双稳系统能更加灵活地检测微弱信号。数值仿真结果与理论分析完全符合,为非线性耦合双稳系统在实际工程中的应用提供了参考价值。

关键词：耦合双稳系统自适应算法多频微弱信号平均信噪比增益尺度变换

基于多稳随机共振的机械微弱故障信号特征提取方法研究

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基于多稳随机共振的机械微弱故障信号特征提取方法研究

作者：李培燕山大学

学位级别：硕士

随着现代化生产科技的不断发展,提高机械设备实时监控技术和故障诊断技术成为必然趋向。机械故障信号的检测已成为一个重要的研究方向,广泛应用于通信、生物、物理等重要方面。本文针对随机共振理论的不足和局限性,提出基于多稳随机共... 详细信息

随着现代化生产科技的不断发展,提高机械设备实时监控技术和故障诊断技术成为必然趋向。机械故障信号的检测已成为一个重要的研究方向,广泛应用于通信、生物、物理等重要方面。本文针对随机共振理论的不足和局限性,提出基于多稳随机共振的机械微弱故障信号特征提取方法,深入研究随机共振小参数条件限制问题以及多稳随机共振方法在多频微弱信号中的应用。提出了基于小波变换和参数补偿带通多稳随机共振的多频微弱信号检测方法,为机械故障诊断提供了参考意义和应用价值。针对极低信噪比下微弱信号难以检测问题,提出了多稳态随机共振模型。首先,研究多稳态系统理论模型,包括朗之万和福克—普朗克方程;然后推导多稳随机共振的输出信噪比公式,分析图形系统地说明了系统参数与噪声对信噪比的影响,调节参数和噪声强度可以提高信噪比并找到最高信噪比时的最佳参数值。针对随机共振小参数条件限制问题,提出变尺度多稳随机共振检测微弱信号方法。该方法首先对大频率信号进行尺度变换使之满足随机共振条件,然后将调整后的小参数信号作为多稳态系统的输入端,有随机共振现象产生,从输出信号中可得到故障信号的频率信息,并与双稳随机共振方法得到的特征频率进行比较,仿真和实例结果均表明:相同条件下,多稳随机共振方法比双稳随机共振方法得到的频率准确,有效地检测出被噪声淹没的微弱信号,可以用于检测轴承类故障。对于强噪声背景下多频微弱信号不易检测的问题,提出基于小波变换和参数补偿带通多稳随机共振的多频微弱信号检测的方法。首先采用参数补偿抵消阻尼项的影响,然后通过多尺度小波离散变换,得到多个不同尺度频率的信号,调节各尺度信号的幅值大小使重构的信号分别输入到多稳随机共振系统中,信号幅值得到增强,最后用带通滤波处理输出信号,并进行傅里叶变换处理,得到时频图,通过仿真实验及轴承实例和齿轮实例分析表明,该方法简单易行,能够有效地检测多频微弱信号并大大提高了输出信噪比,与双稳随机共振相比具有明显的优越性。提出了色噪声背景下随机共振微弱信号的检测。推导色噪声和加性噪声驱动的多稳态系统的稳态概率密度函数和平均首次穿越时公式,分析各个参数对概率密度函数及平均穿越时间的影响,最后研究色噪声背景下微弱信号的检测问题,采用某公司的中速轴外圈故障数据分析,结果表明本文方法在色噪声背景下可以有效提取微弱信号的频率特征信息。

关键词：多稳随机共振故障诊断特征提取多频微弱信号小波变换参数补偿变尺度频移色噪声

基于EMD和随机共振的机械故障特征提取方法研究

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基于EMD和随机共振的机械故障特征提取方法研究

作者：丁雪娟燕山大学

学位级别：硕士

随着现代生产设备向着自动化和智能化发展，机械设备状态监测与故障诊断技术成为重要的研究课题。时频分析是处理非线性、非平稳信号的有效方法，已成为现代信号处理方法中的研究热点。本论文针对EMD和随机共振理论中存在的不足与局限... 详细信息

随着现代生产设备向着自动化和智能化发展，机械设备状态监测与故障诊断技术成为重要的研究课题。时频分析是处理非线性、非平稳信号的有效方法，已成为现代信号处理方法中的研究热点。本论文针对EMD和随机共振理论中存在的不足与局限性，在前期工作的基础上，提出基于EMD和随机共振的机械故障特征提取方法，深入研究EMD时频分析的端点效应问题以及随机共振在多频微弱信号特征提取中的应用。提出了改进的EMD算法及变尺度频移带通滤波随机共振多频微弱信号方法，对机械故障特征提取具有一定的参考意义和实用价值。针对经验模态分解中存在的端点效应问题，提出一种波形特征匹配延拓与余弦窗函数相结合的改进方法。首先，对信号进行波形特征匹配延拓，实现延拓数据与原信号交界处的光滑过渡;其次，对信号加余弦窗处理，将延拓误差控制在信号两端，保证信号有效数据的正确分解，提高信号的分解精度，实现EMD算法的改进。最后，通过仿真分析和不对中故障诊断实例研究表明，该方法能较好地抑制EMD端点效应，实现旋转机械故障的有效诊断。针对噪声背景下多频微弱信号检测难题，提出一种基于变尺度频移带通随机共振的多频微弱信号检测方法。该方法首先对信号不同频段进行频率变尺度二次采样压缩处理，使每个频段满足随机共振条件。进一步经过随机共振系统使得多个微弱信号频率成分分别得到增强，再对各个频段进行带通滤波处理，只保留增强段的信号成分。最后进行合成，实现多频微弱信号的检测。仿真和实际信号分析结果表明，所提方法简单易行，很好的实现了多频微弱信号的检测，能够有效提高信噪比。提出了色噪声背景下随机共振多频微弱信号检测方法研究。该方法首先通过离散正交小波变换将含噪信号分解为多个尺度成分，根据1/f噪声的特性分布，对小波系数进行处理，使得其满足1/f过程，进而对信号进行合成，构造多尺度噪声，通过调节各个尺度的系数，使得信号通过变尺度频移带通随机共振系统后，目标频率得到增强，进而实现多频微弱信号的检测。基于随机共振降噪的EMD多频微弱信号特征提取方法研究，提出了一种自适应变尺度频移带通随机共振理论，用于自适应地增强不同尺度的多频微弱信号，提高微弱信号的幅值以及信噪比。将自适应变尺度频移带通随机共振与EMD相结合，实现信号的降噪处理，并对信号进行EMD分解，准确地分解出信号所包含的频率成分，从而提高EMD的分解精度。通过仿真实验及实例分析，验证了该方法能有效地检测出强噪声背景下的多频微弱信号，并能够准确地分解出信号的特征信息，减少了EMD的虚假分量，提高EMD的分解质量，实现机械故障的特征提取。

关键词：故障诊断特征提取多频微弱信号 EMD 随机共振端点效应变尺度频移