信号状态变化点提取方法、装置、电子设备及存储介质与流程

本发明属于信号处理，特别涉及一种时域离散信号状态变化点提取方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术：

1、机械等类型设备运行时，其状态有时会发生突然变化，即在某个时间点前后，运行状态存在明显的不同，反映在利用数据采集设备采集的信号之上表现为在某数据点前后，信号的坡度或斜率不同。为了准确的判断设备运行状态，需对信号状态变化点的时刻及大小进行准确提取。

2、目前，常见的处理方式有基于斜率变化的提取方法、基于曲率变化的提取方法以及关联信号参照的提取方法。基于斜率变化的提取方法需要指定一个长度的窗口，根据该窗口头尾数据的值来计算斜率，然后滑动该窗口，计算所有数据的斜率，之后根据斜率变化的情况来确定状态变化点的位置，该方法的精确性受窗口大小以及信号变化强度的影响较大，并且当信号变化不强烈时，斜率的变化也不大，进而导致状态变化点提取困难。基于曲率的提取方法和前者类似，它要计算离散信号的每个点处的曲率，通常而言，曲率变化最大的点就是状态变化点，该方法的精确性同样受到信号变化强度的影响，对信号进行滤波处理虽然能改善提取效果，但提取结果容易受到滤波参数的影响。所谓关联信号参照是指不直接对目标信号进行分析，而是在其它信号中寻找和目标信号状态点相对应的点，例如控制信号，然后在目标信号中进行反推，该方法仅适用于关联信号明确的情形，当关联信号不明确时无法应用此方法，因而适用范围较窄。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种计算简单、受噪声干扰小、精确性高、适用范围广的时域离散信号状态变化点提取方法。

2、为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：第一方面，本发明提供一种信号状态变化点提取方法，包括：

3、截取原始离散信号切片，得到包含状态变化点的单调离散信号；

4、将单调离散信号的x轴数据和y轴数据均变换到区间[0,1]上，得到变换离散信号；

5、以坐标原点为中心旋转变换离散信号，使状态变化点位于最高点，得到旋转离散信号；

6、提取旋转离散信号最大值的x轴索引即为原始离散信号状态变化点的x轴索引。

7、优选的，上述一种信号状态变化点提取方法，所述以坐标原点为中心旋转变换离散信号，其旋转方向和角度依据变换离散信号的凹凸特性进行判定，若变换离散信号为凹函数型，则将其绕坐标原点逆时针旋转135°；若变换离散信号为凸函数型，则将其绕坐标原点顺时针旋转45°。

8、优选的，上述一种信号状态变化点提取方法，所述旋转离散信号可由变换离散信号通过坐标变换计算得出，计算方法如下：

9、；

10、其中：

11、为旋转离散信号的x轴数据序列；

12、为旋转离散信号；

13、α为旋转角度；

14、为变换离散信号的x轴数据序列；

15、为变换离散信号；

16、i为单调离散信号的x轴数据序列的起始点；

17、j为单调离散信号的x轴数据序列的结束点。

18、优选的，上述一种信号状态变化点提取方法，所述将单调离散信号的x轴数据和y轴数据均变换到区间[0,1]上得到变换离散信号的变换计算方法如下：

19、；

20、其中：

21、为变换离散信号的x轴数据序列；

22、为变换离散信号；

23、为单调离散信号的x轴数据序列；

24、为单调离散信号的x轴数据序列的起始值；

25、为单调离散信号的x轴数据序列的结束值；

26、为单调离散信号；

27、为单调离散信号的起始信号值；

28、为单调离散信号的结束信号值；

29、i为单调离散信号的x轴数据序列的起始点；

30、j为单调离散信号的x轴数据序列的结束点。

31、优选的，上述一种信号状态变化点提取方法，若所述旋转离散信号最大值的x轴索引为，则单调离散信号的状态变化点为，即原始离散信号的一个状态变化点为。

32、优选的，上述一种信号状态变化点提取方法，所述原始离散信号包含多个状态变化点时，可对原始离散信号进行分段截取，得到多个单调离散信号，并对各个单调离散信号分别进行变换、旋转和最大值的x轴索引的提取。

33、第二方面，本发明提供一种信号状态变化点提取装置，包括：

34、信号获取模块，用于获取原始离散信号；

35、信号处理模块，用于对原始离散信号进行截取、变换、旋转处理，提取出原始离散信号的状态变化点；

36、显示/输出模块，用于对所提取原始离散信号状态变化点的信息进行输出或显示。

37、第三方面，本发明提供一种电子设备，包括处理器和存储有计算机程序的存储器，所述处理器执行所述计算机程序时实现第一方面所述的信号状态变化点提取方法的步骤。

38、第四方面，本发明提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行第一方面所述的信号状态变化点提取方法的步骤。

39、第五方面，本发明提供一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述的信号状态变化点提取方法的步骤。

40、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

41、（1）本发明采用平移、旋转等坐标变换的手段对状态变化点进行提取，计算中仅有加、减、乘、除等基本运算，计算简单、快捷；

42、（2）本发明通过将离散信号变换到[0, 1]的区间之上，使离散信号变换成经过原点，最大值为1的信号，将后续信号的旋转角度固定为45°和135°两个值，简化了旋转角度的计算；

43、（3）本发明将提取原始信号状态变化点的问题转换为求取变换旋转后信号的最高点的问题，从而进一步简化了信号的处理流程，提取结果受信号噪声干扰情况小，提取结果精确；

44、（4）本发明通过特征点的索引而非特征值来最终求取状态变化点，无需对变换后的信号进行逆变换，即可确定状态变化点的位置和大小。

技术特征：

1.一种信号状态变化点提取方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种信号状态变化点提取方法，其特征在于，所述以坐标原点为中心旋转变换离散信号，其旋转方向和角度依据变换离散信号的凹凸特性进行判定，若变换离散信号为凹函数型，则将其绕坐标原点逆时针旋转135°；若变换离散信号为凸函数型，则将其绕坐标原点顺时针旋转45°。

3.根据权利要求2所述的一种信号状态变化点提取方法，其特征在于，所述旋转离散信号可由变换离散信号通过坐标变换计算得出，计算方法如下：

4.根据权利要求3所述的一种信号状态变化点提取方法，其特征在于，所述将单调离散信号的x轴数据和y轴数据均变换到区间[0,1]上得到变换离散信号的变换计算方法如下：

5.根据权利要求4所述的一种信号状态变化点提取方法，其特征在于，若所述旋转离散信号最大值的x轴索引为，则单调离散信号的状态变化点为，即原始离散信号的一个状态变化点为。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的一种信号状态变化点提取方法，其特征在于，所述原始离散信号包含多个状态变化点时，可对原始离散信号进行分段截取，得到多个单调离散信号，并对各个单调离散信号分别进行变换、旋转和最大值的x轴索引的提取。

7.一种信号状态变化点提取装置，其特征在于，包括：

8.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储有计算机程序的存储器，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至权利要求6任意一项所述的信号状态变化点提取方法的步骤。

9.一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行权利要求1至权利要求6任意一项所述的信号状态变化点提取方法的步骤。

10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质为计算机可读存储介质，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至权利要求6任意一项所述的信号状态变化点提取方法的步骤。

技术总结
本发明属于信号处理技术领域，提供一种时域离散信号状态变化点提取方法、装置、电子设备及存储介质。所述方法包括：截取原始离散信号切片，得到包含状态变化点的单调离散信号；将单调离散信号的X轴数据和Y轴数据均变换到区间[0,1]上，得到变换离散信号；以坐标原点为中心旋转变换离散信号，使状态变化点位于最高点，得到旋转离散信号；提取旋转离散信号最大值的X轴索引即为原始离散信号状态变化点的X轴索引。本发明计算简单、快捷，简化了信号的处理流程，无需对变换后的信号进行逆变换，即可确定状态变化点的位置和大小，提取结果受信号噪声干扰情况小，提取结果精确。

技术研发人员：赵松,谷尚武,赵秀忠
受保护的技术使用者：北京精雕科技集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/6/23