一种基于预乘功率谱密度的频域信号特征的提取方法与流程

本发明涉及一种基于预乘功率谱密度的频域信号特征的提取方法。

背景技术：

1、在对流场进行动态参数测量时，当流场内存在干扰时，扰动源的频率特征往往掺混在流场背景噪音中，随着流速的增大，流场内的噪声逐渐增大，难以快速提取主要的频率参数。传统的快速傅里叶变换(fft)、功率谱密度分析(psd)往往会获得大量的频域信号，特征频率经常淹没在其中，难以被准确提取，且进行频谱计算时，数据越多，计算时间越长。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于预乘功率谱密度的频域信号特征的提取方法，针对获得的时域信号进行功率谱密度估计，再对所得到的预乘功率谱密度进行无量纲化和标准化处理，提高频率特征的提取效率和准确度。

2、为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为：

3、一种基于预乘功率谱密度的频域信号特征提取方法，包括以下步骤：

4、步骤1，读取流场内采集的时域信号p(t)，将一维的时域信号p(t)进行多维重构得到多为数组；

5、步骤2，对多维重构后的信号进行标准化处理；

6、步骤3，对步骤2计算得到的多维数组进行功率谱密度计算，获得不同频率下的功率密度多维矩阵；

7、步骤4，根据功率谱密度，构建无量纲参数对，即无量纲频率f*和无量纲预乘功率密度

8、步骤5，对得到的无量纲预乘功率密度进行平均和标准化处理，得到

9、步骤6，通过绘制无量纲参数对f*和的图形，提取流场中的主要特征信号的无量纲频率和对应的无量纲预乘功率谱密度，进一步获得主要特征信号的频率和功率谱密度。

10、作为改进的是，步骤2中所述对多维重构后的信号进行标准化处理的具体步骤为：

11、步骤2.1，获得采集的时域信号的平均值和标准差μ；

12、步骤2.2，根据标准化公式，得到标准化后的时域信号pn(t)；

13、步骤2.3，获得标准化后时域信号pn(t)的均方根prms，为无量纲化处理提供条件。

14、作为改进的是，步骤3中所述功率谱密度的计算方法为周期图法、自相关法或参数模型谱估计法，具体根据对频域分辨率的需求进行参数的设置。

15、进一步改进的是，步骤3中所述功率谱密度的计算公式如下：

16、

17、

18、其中，t为周期，gt(f)为能量信号gt(t)的傅里叶变换，pg(f)为功率谱密度，单位为w/hz。

19、作为改进的是，步骤4中所述的无量纲参数对f*和的计算公式如下：

20、f*＝2πfa

21、其中，f为频率，a的量纲为t1，是构建无量纲参数f*时所需参数组合，根据原始信号的来源确定，f*为无量纲频率；

22、

23、其中，f为频率，pg为功率密度函数，b的量纲为ml2t-4，是构建无量纲参数时所需参数组合，根据原始信号的来源确定，为无量纲预乘功率密度。

技术特征：

1.一种基于预乘功率谱密度的频域信号特征提取方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于预乘功率谱密度的频域信号特征提取方法，其特征在于，步骤2中所述对多维重构后的信号进行标准化处理的具体步骤为：

3.根据权利要求1所述的一种基于预乘功率谱密度的频域信号特征提取方法，其特征在于，步骤3中所述功率谱密度的计算方法为周期图法、自相关法或参数模型谱估计法。

4.根据权利要求3所述的一种基于预乘功率谱密度的频域信号特征提取方法，其特征在于，步骤3中所述功率谱密度的计算公式如下：

5.根据权利要求1所述的一种基于预乘功率谱密度的频域信号特征提取方法，其特征在于，步骤4中所述的无量纲参数对f*和的计算公式如下：

技术总结
本发明公开一种基于预乘功率谱密度的频域信号特征的提取方法。针对流场内采集的时域信号，开展功率谱密度分析，采用基于流场信息、频率及功率谱密度构成的预乘功率谱密度无量纲参数，通过标准化处理后获得流场内的主要特征信号。本发明可以明显降低流场内的噪音信号的干扰，降低了频域处理的时间，实现特征信号的准确和快速提取。

技术研发人员：高阿飞,张华良,尹钊,吴琼,苏旭,徐玉杰,陈海生
受保护的技术使用者：中科南京未来能源系统研究院
技术研发日：
技术公布日：2025/1/13