[发明专利]基于离散分数余弦变换的碰摩声发射信号降噪方法

摘要

本发明涉及基于离散分数余弦变换的碰摩声发射信号降噪方法。本发明技术方案是从摩擦点的发射传感器提取声发射信号，并叠加噪声，对含有噪声的信号采样、量化、分帧、加窗，得到离散时间序列；对该序列作分数为a的离散分数傅里叶变换，得到F^a(k)；再对滤波后的信号进行分数为2－a的离散分数傅里叶变换及帧的合并，输出降噪后的信号。本发明解决了声发射源的多样性、瞬态性以及噪声源的复杂性及无法取得满意效果的缺陷。本发明对多种非平稳噪声环境下的碰摩声发射信号均能取得较好的降噪效果，增强声发射信号，并且对于声发射源的多样性，瞬态性以及复杂的噪声源都具有鲁棒性，有效地解决了传统方法计算量大的问题，适用性广泛。

主权项

1.基于离散分数余弦变换的碰摩声发射信号降噪方法，其步骤为：(1)声发射信号的提取与预处理：(1-1)通过碰摩声发射实验台接近摩擦点的第一声发射传感器或位于联轴器另一端的第二声发射传感器提取声发射信号；(1-2)在连续碰摩声发射信号上叠加噪声；(1-3)对含有噪声的信号进行采样，量化，分帧，加窗，得到离散时间序列；(2)对该离散时间序列作分数为a的离散分数傅里叶变换，得到Fa(k)；$F^a\left(k\right)=\frac{1}{3}\underset{n=0}{\overset{2}{\Sigma }}[1+\exp \left(\frac{2\pi (a-n)i}{3}\right)+\exp \left(\frac{4\pi (a-n)i}{3}\right)]F^n$ 当n＝0时，Fn为时间序列k本身；当n＝1时，Fn为时间序列k的离散余弦变换；当n＝2时，Fn为时间序列k的离散逆余弦变换；(3)计算声发射信号谱λs(k)和噪声谱λn(k)，并对Fa(k)进行滤波：(3-1)λs(k)的估计式为：λs(k)＝βSλs(k-1)+(1-βS)max{Fa(k)2-λn(k)，0}；λn(k)在寂声段的估计式为：λn(k)＝βNλn(k-1)+(1-βN)F(k)，在声发射信号段的估计式为：λn(k)＝λn(k-1)；(3-2)滤波器的输出为：${\hat{S}}^a\left(k\right)=\frac{{\lambda }_s\left(k\right)}{{\lambda }_s\left(k\right)+{\lambda }_n\left(k\right)}{F}^a\left(k\right);$ (4)对滤波后的信号进行分数为2-a的离散分数傅里叶变换，并进行帧的合并，输出信号。