[发明专利]一种信号相关性应用中共振辨识和消除方法及装置

说明书

一种信号相关性应用中共振辨识和消除方法和系统，所述方法包括：在待测系统上布置两个传感器，拾取两个目标信号并计算其互功率谱密度函数，采用广义互相关ROTH方法加权计算两目标函数的频响函数；分析频响函数的幅值和相位，若其幅值中存在共振峰，且对应频率的相位存在π的整数倍的偏移，则判断存在共振，读取共振峰对应的两个固有频率；针对两个固有频率计算拾振器的两个频响函数；将频域加权的互谱密度函数乘以拾振器的频响函数的比值来消除共振，再对其进行傅里叶逆变换计算广义互相关函数；根据互相关函数的主峰值，输出与主峰值对应的时延估计。本发明的方法能够提高相关时延估计在工程应用中的准确性、鲁棒性、实用性。

技术领域

本发明涉及测量技术领域，特别涉及一种信号相关性应用中共振辨识和消除方法及装置。

背景技术

相关时延估计是信号处理领域研究的热点，其关键技术已被应用于噪声源及目标定位、机械故障诊断等工程实际中。其原理是：首先测量由源信号经不同传播路径后形成的两路目标信号，再对所采集信号进行滤波后基本互相关运算，进而根据最大相关峰确定所采集信号之间的时间差(时延)。当强干扰工况下，如低信噪比、强反射、多源定位等，基本互相关的时延估计值的精度较低。

文献[1](Knapp C H,Carter G.C.The generalized correlation method forestimation of time delay[J].IEEE Transactions on Acoustic Speech on SignalProcessing,1976:320-327.)采用广义互相关算法通过对两路目标信号做傅里叶变换求取互谱密度函数，对其频域加权后做傅里叶逆变换得到互相关函数。常用的广义互相关算法为ROTH、WIENER、PHAT、SCOT和ML等。对比基本互相关算法，广义互相关可更有效锐化主峰(最大相关峰)。然而实际时延估计效果并不理想，其原因是，在采集两路目标信号的测量过程中，当传感器直接与待测系统接触时，形成新的耦合系统。一旦出现共振，目标信号中还将混有共振分量；二则，因为共振分量的存在，进而影响了滤波器参数设定，将导致实际测量中相关时延估计准确性下降。

发明内容

本发明的目的在于克服目前相关时延估计方法存在的上述缺陷，提出了一种信号相关性应用中共振辨识和消除方法及装置，所述方法可实现共振的辨识，利用信号相关性应用中消除共振分量的方法，得到解耦后的目标信号。

为了实现上述目的，本发明提出了一种信号相关性应用中共振辨识和消除方法，所述方法包括：

在待测系统上布置两个传感器，拾取两个目标信号并计算其互功率谱密度函数，采用广义互相关ROTH方法加权计算两目标函数的频响函数；分析频响函数的幅值和相位，若其幅值中存在共振峰，且对应频率的相位存在π的整数倍的偏移，则判断存在共振，读取共振峰对应的两个固有频率；针对两个固有频率计算计算拾振器的两个频响函数；将频域加权的互谱密度函数乘以拾振器的频响函数的比值来消除共振，再对其进行傅里叶逆变换计算广义互相关函数；根据互相关函数的主峰值，输出与主峰值对应的时延估计。

作为上述方法的一种改进，所述方法包括以下步骤：

步骤1)在待测系统上布置两个传感器，拾取目标信号分别为x_k(t),k＝1,2，计算其互功率谱密度函数：

其中，*表示共轭；X₁(ω)、X₂(ω)分别表示x₁(t)、x₂(t)的傅里叶变换；| |表示幅值，φ(ω)表示相位；

步骤2)采用广义互相关ROTH方法对互谱密度进行频域加权，得到两目标函数的频响函数，可表示为：

其中，S₁₁(ω)表示目标信号x₁(t)的自功率谱密度；