[发明专利]基于短时分形维数增强法的钢板腐蚀声发射信号去噪方法

摘要

本发明提出的短时分形维数增强法，对信号进行“分帧”处理后利用分形维数设计可变的平滑系数实现噪声滤波作用的增强，从而实现了对含噪信号的实时更新，提高了信噪比，提高了信号识别率。

主权项

1.一种基于短时分形维数增强法的钢板腐蚀声发射信号去噪方法，其特征在于：该方法通过对信号进行“分帧”处理后利用分形维数设计可变的平滑系数实现滤波作用的增强，提高信噪比，提高离散分数余弦变换算法去噪效果，该方法的具体步骤如下：(1)、声发射信号的提取与预处理：①、建立钢板腐蚀声发射检测实验装置，获取腐蚀信号；②、在连续腐蚀声发射信号上叠加噪声信号；(2)、将信号分为k帧，计算第k帧第i个采样点的声发射信号谱λ_s(k,i)、噪声谱λ_n(k,i)、第k帧噪声的分形维数及信噪比SNR(k)，i为第k帧的第i个采样点，并对X^a(k)进行滤波；对腐蚀声发射信号进行分数阶为a的3周期离散分数余弦傅里叶变换当n＝0时，Xn(k,i)为第k帧信号第i个采样点本身；当n＝1时，Xn(k,i)为第k帧信号第i个采样点的离散分数余弦变换；当n＝2时，Xn(k,i)为第k帧信号第i个采样点的逆离散分数余弦变换；(3)、测算第k帧的噪声分形维数将集合X离散化成数字点集，N_Δ表示在离散空间间距为Δ的集合X的点数，将Δ网格放大为kΔ，N_kΔ表示离散空间间距为kΔ的集合X的点数；这样便有K个不同网格宽度上的点数：N_kΔ，k＝1，2…K，其中K充分大，使得N_kΔ>1，得到其中：D(k)(Δ)表示第k帧信号中两个相邻的采样点幅值之差绝对值之和；D(k)(2Δ)表示第k帧信号中相邻三个点中幅值相差最大绝对值之和；(4)、引入噪声系数βN：βN是随时间和频率变化的噪声系数：先用一个最优化平滑滤波器对带噪信号的功率谱滤波，得到一个噪声的粗略估计，然后找出粗略估计中在一定采样点范围内的最小值，对这个最小值进行偏差修正，即得到所要估计的噪声方差；采用短时分形维数为βN的动态调整提供了参数，即第k帧的噪声系数为：βN(k)为噪声系数，有腐蚀声发射产生时：无腐蚀声发射信号时：即β_N(k)＝1；噪声谱λn(k,i)在无声发射信号段/有声发射信号段的估计值：λn(k,i)＝βN(k)λn(k‑1,i)+(1‑βN(k))X2(k,i)；则声发射信号谱λs(k,i)为：λs(k,i)＝βsλs(k‑1,i)+(1‑βs)max{Xa(k,i)2‑λn(k,i),0}，βs＝0.99；滤波器的输出信号是：(5)、第k帧信噪比SNR(k)：(6)、对滤波后的信号进行分数阶为2‑a的离散分数余弦傅里叶变换，并进行合帧，输出信号。