本技术公开了一种用于处理多分量快变时频交叉信号的时频分析方法,涉及信号处理技术领域,适用于快变时频交叉信号的处理与分析,能够实现对强噪声条件下快变时频交叉信号的准确表征与处理。本发明的技术方案包括:S1、利用EMCT对采集的时频交叉信号进行处理,获得信号的EMCT结果。S2、建立新的频率再分配算子,对信号的EMCT结果进行处理,获得信号的中频轨迹,并进行自适应时频交叉脊提取。S3、建立用于时频交叉信号的时频系数压缩方法,结合获取的中频轨迹,对信号的EMCT结果进行处理,获得时频结果。S4、在生成的时频结果中,利用中频轨迹提取信号的目标分量,对时频交叉信号进行表征与重构。
背景技术
开展大型旋转机械的健康监测和故障诊断研究对于提高设备运行可行性至关重要。其中,大型旋转机械如航空发动机、燃气轮机等具有多转子系统和工况变化频繁的特点。此类旋转机械的振动采集测点通常布置在机匣上,因此实际采集到的信号是多源信号;采集振动信号的传递路径中包含弹性支承和各种薄壁支柱,因此振动信号容易被埋没在强干扰中。综上,实际采集的旋转机械振动信号呈现出高复杂性、强非平稳性、强噪声干扰等特点,并且信号中存在频率轨迹交叉现象。如果对此类信号处理不当,会严重影响旋转机械故障特征的提取,造成误报或漏检。在最坏的情况下,会导致整个系统瘫痪,甚至出现灾难性故障,造成巨大的经济损失和安全隐患。因此,有必要对大型旋转机械的振动信号分析和特征提取进行研究。
传统时频分析方法是分析非平稳振动信号的有效工具,目前已被广泛应用于航空发动机、燃气轮机等复杂的大型旋转机械中。然而,对多分量快变信号的分析仍是现有传统时频分析方法面临的挑战之一。目前,一些研究学者已在传统时频分析方法的基础上开发了多种改进的时频分析方法来应对此挑战。其中,近期提出的熵匹配同步压缩调制变换方法(EMSSCT)作为先进时频分析方法的代表,对多分量快变信号的准确分析和提取是该方法的一大亮点。EMSSCT方法是一种基于熵匹配调制变换(EMCT)和局部最大同步压缩变换(LMSST)的时频分析方法。
现有先进时频分析方法中的熵匹配同步压缩调制变换方法是对经典调制变换和同步压缩变换方法的升级和扩展,代表了时频分析方法的前沿发展方向。该方法使用的频率再分配原则是现有压缩变换理论中被广泛认可并应用的基于局部最大值的频率再分配原则,该原则能够实现对多分量快变信号的精准中频估计,但其适用条件要求待处理的信号分量在时频域中的分离状态良好。这就导致该方法在处理具有时频交叉的多分量快变信号时,由于信号无法满足其频率再分配原则的适用条件,因此在交叉点处会出现时频特征的缺失,生成不准确的时频结果,造成特征的错误表征与目标分量的错误提取问题。
同时该方法中的时频系数压缩方法采用广泛应用的同步压缩理论,该理论能够显著提高时频分析的分辨率和能量浓度,但在处理具有时频交叉的多分量快变信号时,存在重复赋值的问题,导致时频结果中分量幅值严重偏离真实值,造成目标分量的错误表征问题。
由于该方法存在的局限性,因此建立一种新的用于处理多分量快变时频交叉信号的时频分析方法是有必要的。
实现思路