[发明专利]基于小波包与STFT的飞行器多频振动信号的辨识方法

说明书

本发明提出了一种基于小波包与STFT的飞行器多频振动信号的辨识方法，首先采用小波函数，对飞行器复杂振动信号进行小波包分解；再计算分解后的各频带能量：计算分解后的各频带能量以及各频带能量占总能量的百分比；再对能量最大的频带进行重构，提取出能量最大的频带，将频带中的小波包系数重构为信号分量；最后通过窗函数对飞行器振动信号频率集中所在的频段进行STFT分析，辨识出飞行器振动信号中所含的主要频率；本发明的飞行器多频振动信号的辨识方法能够辨识出飞行器复杂振动信号中的频率，以提高飞行器的稳定性和可靠性。

技术领域

本发明属于复杂振动信号检测领域，特别是一种基于小波包与STFT的飞行器多频振动信号的辨识方法。

背景技术

在飞行器飞行过程中，飞行器的姿态受到复杂气流、飞行器横向过载变化产生的冲击等干扰因素影响，导致非平稳振动信号的产生。而且，由于新型飞行器需要具备高速、高机动性、长寿命的特点，它们将会遭受更剧烈和复杂的振动。振动信号的非平稳性给飞行器安全性测试和后续分析带来了很大困难。因而对这类非平稳的振动信号进行多频率辨识，可为减振滤波器设计、高性能控制方法研究和控制系统设计提供可靠的依据。

经典的傅里叶变换在整体上将信号分解为不同的频率分量，能够对信号的时域或频域进行全局性的变换，但缺乏局域性信息，不具备局部分析能力。此外，传统观点用平稳高斯分布来近似任意随机振动，但很多实际振动信号是非平稳的，不能近似为平稳高斯分布。

基于上述情况，目前迫切需要一种新的飞行器复杂振动信号多频率辨识方法，能够对非平稳的振动信号进行多频率辨识，并提高辨识结果准确性。但是现有技术中尚无相关描述。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种基于小波包与STFT的飞行器多频振动信号的辨识方法，以辨识出飞行器复杂振动信号中的频率，以提高飞行器的稳定性和可靠性。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种基于小波包与STFT的飞行器多频振动信号的辨识方法，包括以下步骤：

步骤1、采用小波函数，对飞行器复杂振动信号进行小波包分解：

步骤2、计算分解后的各频带能量：计算分解后的各频带能量以及各频带能量占总能量的百分比；

第i个频带能量E_i的计算公式为：

式中，x_i(k)为第i个频带中第k个小波包系数离散值，频带中共有n个小波包系数离散值；

第i个频带能量占总能量的百分比p_i计算公式：

步骤3、对能量最大的频带进行重构，提取出能量最大的频带，将频带中的小波包系数重构为信号分量；

步骤4、通过窗函数对飞行器振动信号频率集中所在的频段进行STFT分析，辨识出飞行器振动信号中所含的主要频率。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

(1)本发明的基于小波包与STFT的飞行器多频振动信号的辨识方法，能够辨识出飞行器复杂振动信号中的频率，为滤波器设计环节和控制器设计提供依据。

(2)本发明的基于小波包与STFT的飞行器多频振动信号的辨识方法，利用小波包变换对频带划分精准性的优点，对信号进行频带划分，提高了频率辨识的准确性。

(3)本发明的基于小波包与STFT的飞行器多频振动信号的辨识方法，对能量最大的频带即包含主要频率的频带进行分析，缩小了频率分析范围，提高了频率辨识精度。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。