专利名称：利用魏格纳数据分布矩阵检测飞机电缆故障的方法
技术领域：
本发明涉及一种飞机电缆故障检测方法。特别是涉及一种利用魏格纳数据分布矩阵检测飞机电缆故障的方法。
背景技术：
随着我国国民经济的快速发展，民航运输业进入了一个快速发展时期，飞行安全问题得到了越来越多的关注。由飞机电缆短路引发的飞机失火和由飞机电缆故障引发的信号传输错误时有发生，已经造成了很多飞行事故，使飞机电缆故障诊断与定位问题，成为国际民航界亟待解决的问题之一。各航空维修部门有必要按照一定的维修检测规则，采用先进的诊断与定位方法和仪器对飞机电缆进行定期检测，及时发现电缆故障，对电缆故障进行定位。飞机电缆故障类型很多，除了一般电缆的断路故障、低阻故障和高阻故障三类典型故障之外，还包括飞机电缆本身所具有的间歇性故障、局部故障和跨接头等特殊故障。目前针对飞机电缆故障检测的方法主要有时域反射测量法和频域反射测量法。如图1所示的检测方法包括，使用阶跃信号发生仪向电缆一端发射上升沿脉冲信号，在电缆故障处此信号发生反射，同时接收模块采集反射信号的时域波形。若电缆的故障处是开路故障，这在示波器上显示出一个与发射脉冲同方向的脉冲；若电缆的故障处是短路故障，则在示波器上显示一个与发射脉冲反方向的脉冲。根据发射脉冲与反射脉冲之间的时间差来测定故障点。但是，当飞机电缆发生局部断路、线束内电缆时断时连，或者飞机电缆屏蔽金属网丝穿透绝缘层与飞机电缆时断时连时，对其特性阻抗的影响较小，上述两种反射测量方法反射回来的信号变化很微弱，这些间歇性故障很难被诊断出来。当飞机电缆发生连续故障时，上述两种反射测量方法会产生多反射现象，除第一故障点易于判断外，其他故障点难以判断。在一般的测量环境下，上述两种反射测量方法需要对微弱反射信号进行放大处理，导致噪声信号也被相应放大，影响对故障反射信号的判断，增加了飞机电缆故障的误报率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种利用时间线性调频信号，对待测飞机电缆反射信号进行降噪处理，运用入射参考信号和反射信号的时频分布相关性，检测飞机电缆故障和确定故障位置的利用魏格纳数据分布矩阵检测飞机电缆故障的方法。本发明所采用的技术方案是一种利用魏格纳数据分布矩阵检测飞机电缆故障的方法，包括如下步骤(1)入射参考信号设定，包括中心频率选定阶段、频率带宽选定阶段及根据选定的中心频率和频率带宽选择入射参考信号的时间宽度阶段；(2)将设定的入射参考信号发送至具有接收接口的待测电缆；(3)降噪处理，包括接收具有接收接口的待测电缆的反射信号，及利用小波系数收缩降噪方法对所接收的待测电缆的反射信号进行降噪处理，减小噪声信号对反射信号的影响；(4)故障信息处理，包括计算入射参考信号和反射信号的相关性，再通过计算相关函数波形中局部峰值时间准确确定飞机电缆故障位置。步骤1所述的中心频率选定是通过射频能量的衰减方法来确定入射信号的中心频率，具体是通过如下公式得到中心频率Otl cos = /co|s(co)|2dco = co0S(co)为信号的傅里叶变换。步骤1所述的频率带宽选定是通过如下公式得到频率带宽Bs B2s =\(ω-as)2 \s(a)\2α、β分别为时间宽度、频率宽度，频率宽度大小采用2倍的中心频率，8(ω)为信号的傅里叶变换。步骤1所述的入射参考信号的时间宽度设定为45 55ns。步骤4所述的计算入射参考信号和反射信号的相关性通过如下公式得到Csr {t) = JJ Wr (t \ ω Ws (t'-1, ω ) ω ‘其中Wr(t，ω)为反射信号的魏格纳分布，Ws(t，ω)为入射参考信号的魏格纳分布，将待测电缆故障距离X给定后，反射信号的时频相关函数CsJt)确定为
=α、β分别为时间宽度、频率宽度。步骤3所述的利用小波系数收缩降噪方法，是根据反射信号噪声强度估计方法设计阈值滤波器进行降噪处理。步骤4所述的反射信号的时频相关函数CsJt)被限制在O和1之间，当t = χ/ν 时，反射信号的时频相关函数CsJt)出现峰值，当故障为跨接头故障时，反射信号出现多个峰值，则时频相关函数CsJt)相应出现多个局部峰值，根据局部峰值出现的时间确定故障距离。步骤4所述的飞机电缆故障位置通过如下公式得到J = IiizAl
2其中，d是飞机电缆故障位置，ν是波形传输速度，、是参考信号波形发射时间，t2 是故障点反射信号时间。本发明的利用魏格纳数据分布矩阵检测飞机电缆故障的方法，首先构造一个入射参考信号，该信号是一个时间线性调频信号，使得电缆故障检测与定位时可以在附加带中运用射频能量。然后对反射信号进行降噪处理，减小噪声信号对反射信号的影响，最后运用入射参考信号和反射信号的时频分布相关性，检测飞机电缆故障和确定故障位置。针对飞机电缆特有故障中局部故障、连续故障和跨转接头故障反射信号微弱、信号衰减严重而造成难以检测的问题，采用魏格纳数据分布矩阵使该类故障信息更明显，提高飞机电缆故障诊断检出率，从而能够提高飞机电缆的故障检测效率。
图1是已有技术的时域反射方法飞机电缆故障诊断方法流程图；图2为本发明提供的利用魏格纳数据分布矩阵检测飞机电缆故障方法流程图。
具体实施例方式下面结合实施例和附图对本发明的种利用魏格纳数据分布矩阵检测飞机电缆故障的方法做出详细说明。如图2所示，本发明的种利用魏格纳数据分布矩阵检测飞机电缆故障的方法，包括如下步骤(1)入射参考信号设定，包括中心频率选定阶段、频率带宽选定阶段及根据选定的中心频率和频率带宽选择入射参考信号的时间宽度阶段；其中，入射参考信号的中心频率决定了通过电缆时入射参考信号的衰减度。较高频率会有更高的空间解析度小波，但同时也会有更多的衰减，所述的中心频率选定是通过射频能量的衰减方法来确定入射信号的中心频率，具体是通过如下公式得到中心频率Qci ω3 = / co|s(co)|2dco = ω0s ( ω )为信号的傅里叶变换；所述的频率带宽选定是通过如下公式得到频率带宽Bs B2s =\{ω-Os)2 \s{o)\2 dm =^fα、β分别为时间宽度、频率宽度，频率宽度大小采用2倍的中心频率，时间宽度是根据入射信号的中心频率和频率带宽进行设定，8(ω)为信号的傅里叶变换；所述的入射参考信号的时间宽度是综合考虑入射参考信号衰减能力和入射参考信号的中心频率，以及入射参考信号的频率带宽，并且尽量减小测试盲区，设定为45 55ns0(2)将设定的入射参考信号发送至具有接收接口的待测电缆；(3)降噪处理，包括接收具有接收接口的待测电缆的反射信号，及利用小波系数收缩降噪方法对所接收的待测电缆的反射信号进行降噪处理，减小噪声信号对反射信号的影响；所述的利用小波系数收缩降噪方法，是根据反射信号噪声强度估计方法设计阈值滤波器进行降噪处理。(4)故障信息处理，包括计算入射参考信号和反射信号的相关性，再通过计算相关函数波形中局部峰值时间准确确定飞机电缆故障位置。所述的计算入射参考信号和反射信号的相关性通过如下公式得到Csr {t) = JJ Wr (t \ ω Ws {V- ,ω ) ω dt ‘其中Wr(t，ω)为反射信号的魏格纳分布，Ws (t，ω)为入射参考信号的魏格纳分布，将待测电缆长度X给定后，反射信号的时频相关函数确定为
=α、β分别为时间宽度、频率宽度。可以看出，反射信号的时频相关函数Csr(t)被限制在0和1之间，当t = χ/ν时，反射信号的时频相关函数CsJt)出现峰值。当故障为跨接头故障时，反射信号出现多个峰值，其时频相关函数CsJt)相应出现多个局部峰值，根据局部峰值出现的时间确定故障距
1 O所述的飞机电缆故障位置通过如下公式得到J = IiizAl
2其中，d是飞机电缆故障位置，ν是波形传输速度，、是参考信号波形发射时间，t2 是故障点反射信号时间。
权利要求
1.一种利用魏格纳数据分布矩阵检测飞机电缆故障的方法，其特征在于，包括如下步骤(1)入射参考信号设定，包括中心频率选定阶段、频率带宽选定阶段及根据选定的中心频率和频率带宽选择入射参考信号的时间宽度阶段；(2)将设定的入射参考信号发送至具有接收接口的待测电缆；(3)降噪处理，包括接收具有接收接口的待测电缆的反射信号，及利用小波系数收缩降噪方法对所接收的待测电缆的反射信号进行降噪处理，减小噪声信号对反射信号的影响；(4)故障信息处理，包括计算入射参考信号和反射信号的相关性，再通过计算相关函数波形中局部峰值时间准确确定飞机电缆故障位置。
2.根据权利要求1所述的利用魏格纳数据分布矩阵检测飞机电缆故障的方法，其特征在于，步骤1所述的中心频率选定是通过射频能量的衰减方法来确定入射信号的中心频率，具体是通过如下公式得到中心频率Qci COs = / ω I s (ω) |2 ω = ω0s (ω)为信号的傅里叶变换。
3.根据权利要求1所述的利用魏格纳数据分布矩阵检测飞机电缆故障的方法，其特征在于，步骤1所述的频率带宽选定是通过如下公式得到频率带宽Bs B2s=\{o-os)2\s{o)\2α 分别为时间宽度、频率宽度，频率宽度大小采用2倍的中心频率，s (ω)为信号的傅里叶变换。
4.根据权利要求1所述的利用魏格纳数据分布矩阵检测飞机电缆故障的方法，其特征在于，步骤1所述的入射参考信号的时间宽度设定为45 55ns。
5.根据权利要求1所述的利用魏格纳数据分布矩阵检测飞机电缆故障的方法，其特征在于，步骤4所述的计算入射参考信号和反射信号的相关性通过如下公式得到Csr (t) = ^r\\Wr (t \ ω )WS (t- ,ω ) ω dt ’其中Wjt，ω)为反射信号的魏格纳分布，Ws (t，ω)为入射参考信号的魏格纳分布，将待测电缆故障距离χ给定后，反射信号的时频相关函数确定为=α、β分别为时间宽度、频率宽度。
6.根据权利要求1所述的利用魏格纳数据分布矩阵检测飞机电缆故障的方法，其特征在于，步骤3所述的利用小波系数收缩降噪方法，是根据反射信号噪声强度估计方法设计阈值滤波器进行降噪处理。
7.根据权利要求1所述的利用魏格纳数据分布矩阵检测飞机电缆故障的方法，其特征在于，步骤4所述的反射信号的时频相关函数Cs,⑴被限制在O和1之间，当t = χ/ν时，反射信号的时频相关函数CsJt)出现峰值，当故障为跨接头故障时，反射信号出现多个峰值， 则时频相关函数CsJt)相应出现多个局部峰值，根据局部峰值出现的时间确定故障距离。
8.根据权利要求1所述的利用魏格纳数据分布矩阵检测飞机电缆故障的方法，其特征在于，步骤4所述的飞机电缆故障位置通过如下公式得到
全文摘要
一种利用魏格纳数据分布矩阵检测飞机电缆故障的方法入射参考信号设定，包括中心频率选定阶段、频率带宽选定阶段及根据选定的中心频率和频率带宽选择入射参考信号的时间宽度阶段；将设定的入射参考信号发送至具有接收接口的待测电缆；降噪处理，包括接收具有接收接口的待测电缆的反射信号，及利用小波系数收缩降噪方法对所接收的待测电缆的反射信号进行降噪处理，减小噪声信号对反射信号的影响；故障信息处理，包括计算入射参考信号和反射信号的相关性，再通过计算相关函数波形中局部峰值时间准确确定飞机电缆故障位置。本发明采用魏格纳数据分布矩阵使该类故障信息更明显，从而能够提高飞机电缆的故障检测效率。
文档编号G01R31/08GK102435913SQ20111031684
公开日2012年5月2日 申请日期2011年10月18日 优先权日2011年10月18日
发明者张璐, 李鹏举, 杨耀文, 石旭东, 荆涛 申请人:中国民航大学