[发明专利]一种基于改进LMD的光纤陀螺振动信号分析方法

摘要

本发明公开了一种基于改进LMD的光纤陀螺振动信号分析方法，属于惯性导航技术领域。本发明运用改进的LMD方法对振动信号进行了时频域分解，得到对应原信号中不同频率段的一系列谐波信号，最后通过消除由振动引起的光源波动噪声和陀螺漂移，重构得到去除振动噪声的输出信号。本发明中的改进LMD方法，采用三次样条插值来替换滑动平均方法，同时采用镜像延拓方法来改善可能存在的端点效应问题，对于分解的终止条件则引入了具有更快收敛速度的OC判定。对于分量信号，应用核主成分方法进行分析，使用能量占比方法分离反映振动影响的有效信号和噪声，最后完成光纤陀螺振动信号的有效分析。

主权项

1.一种基于改进LMD的光纤陀螺振动信号分析方法，其特征在于，将复杂的非平稳信号分解为若干个乘积函数的线性组合，每一个PF分量表示原信号中某一频率段的谐波信号，并表征了其频率和幅值，通过由一个包络信号与纯调频信号乘积表示，而瞬时幅值和瞬时频率也通过这两项来体现，不断迭代分解出的PF分量也即为原信号的时频分布；包括以下步骤：步骤1，将光纤陀螺输出信号作为原始信号x(t)，根据该原始信号x(t)确定原始信号x(t)中所有极值点ni，并计算任意相邻两个极值点ni和ni+1的平均值mi，定义局部幅值ai表示相邻两个极值点ni和ni+1的差值的一半；步骤2，采用改进的三次样条插值方法来计算m11(t)和a11(t)，其中镜像延拓方法主要用于处理插值过程中可能存在的过包络和欠包络问题；根据得到的原始信号x(t)中所有的极值点ni，分别对其极大值和极小值进行三次样条插值，形成上包络函数Eu(t)和下包络函数El(t)，根据该包络函数Eu(t)和下包络函数El(t)得到局部均值函数m11(t)和局部包络函数a11(t)；步骤3，从原始信号中分离出局部均值函数m11(t)后得到的数值h11(t)，再将h11(t)除以局部包络函数值a11(t)，得到解调后的值s11(t)；步骤4，根据解调后得到的s11(t)，重复步骤1、2得到对应的局部包络函数值a12(t)，并以正交性准则作为乘积函数的迭代运算过程终止判断条件，当不满足时，则需根据步骤1、2不断迭代计算r次，直到s1r(t)满足条件，其正交性准则定义为：式子中，mij(t)为LMD在求解第i个PF分量时计算得到的第j次局部均值函数值，T为分解得到的PF分量信号总个数；并且取相邻两次迭代得到的OC的差值OCe是否小于0作为迭代运算过程终止判断条件；步骤5，将迭代过程中得到的所有局部包络函数相乘即为对应的纯调频信号的包络信号a1(t)；而包络信号a1(t)与对应调频信号s1r(t)的乘积即为从原始信号中分解得到的第一个PF分量信号PF1(t)；步骤6，用原始信号x(t)减去第一个PF分量信号PF₁(t)，得到对应的残差信号u₁(t)，当残差信号u₁(t)不满足单调性时，将u₁(t)作为初始数据循环执行上述步骤1‑5，直到第L个残差函数u_L(t)为单调函数为止；从而得到由PF分量信号和单调函数u_L(t)组成的原始信号x(t)，步骤7，根据步骤6循环执行过程中得到原始信号x(t)中分解得到的PF分量信号，运用核主成分分析方法进行处理该PF分量信号；步骤8，将步骤7经过核主成分分析后的各分量信号进行重构，得到满足要求的输出信号。