CN117290708B - 便于计算暂态冲击量的高低频混叠信号分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便于计算暂态冲击量的高低频混叠信号分离方法，包括：将采集的原始高低频混叠信号进行首层波动特征提取，确定原始信号中所有波动特征点；根据校正权重求取低频信号波动特征点，差值运算后获得高、低频波动特征；根据权重对高频波动特征进行修正，从原始高低频混叠信号分离还原成便于计算暂态冲击量的高、低频信号；本发明可用于对高低频混叠信号进行解耦，还原高、低频信号并有效地反映信号高、低频特征，十分有利于计算暂态冲击量，进而能够有效地提高暂态冲击量计算效率和准确率。

Description

便于计算暂态冲击量的高低频混叠信号分离方法

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，特别是一种便于计算暂态冲击量的高低频混叠信号分离方法。

背景技术

在对信号采集过程中，原始信号可能为来自信号采集现场的各种高低频信号混合叠加，而将需要的高频信号与其他信号分离是后续进行信号处理和数据分析的关键。分离重叠信号可以通过传统的波动法利用信号中频率差来分离，当高频信号和低频信号被叠加在一起时，信号表现出的波动特征和高频信号的波动特征相似，但实际为高低频信号叠加后的波动特征，在低频信号未被分离时，其波动特征被掩盖，无法正确地识别其特征。而且传统波动法缺少自适应分离包含间歇性高频信号的混叠信号，当原始信号里的高频信号具有间歇性时，低频信号本身的波动特征只有在高频信号出现的时间段才会被掩盖，而传统波动法进行高低频混叠信号的解耦就会造成高频信号波动特征混叠。采用传统波动法分离出来的混叠信号进行暂态冲击量计算，就会由于存在其他信号特征叠加而导致暂态冲击量计算结果存在一定的误差，对后续信号处理和数据分析造成干扰。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种便于计算暂态冲击量的高低频混叠信号分离方法，本发明可用于对高低频混叠信号进行解耦，还原高、低频信号并有效地反映信号高、低频特征，十分有利于计算暂态冲击量，进而能够有效地提高暂态冲击量计算效率和准确率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种便于计算暂态冲击量的高低频混叠信号分离方法，包括如下步骤：

步骤1、将采集的原始高低频混叠信号进行首层波动特征提取，确定原始信号中所有波动特征点；

步骤2、根据校正权重求取低频信号波动特征点，差值运算后获得高、低频波动特征；

步骤3、根据权重对高频波动特征进行修正，从原始高低频混叠信号分离还原成便于计算暂态冲击量的高、低频信号。

作为本发明的进一步改进，在步骤1中，对原始高低频混叠信号的首层波动特征提取具体如下：从第一个数据点进行局部波动量计算，计算表达式如下：

;

式中，为原始信号数据中第/>次局部波动量，为原始信号数据中的第/>个点的数值，/>为原始信号数据中的第/>个点的数值，/>为原始数据中/>次局部波动量的累加。

作为本发明的进一步改进，在步骤2中，根据校正权重求取低频信号波动特征点具体如下：波动特征点校正权重的计算表达式如下：

;

式中，为第/>次波动的校正权重，/>为第/>次波动的波动时间，/>为波动时间阈值；

确定波动特征点校正权重后，再确定低频波动特征点位置和幅值，计算表达式如下：

;

式中低频波动第/>个特征点的点号，round为表示取整运算，将括号内结果四舍五入为整数，/>为第/>次波动的结束处的点号，/>为第/>次波动的结束处的点号，/>为第/>次波动的结束处的幅值，/>为第/>次波动的结束处的幅值，为低频波动第/>个特征点的幅值，为第/>次波动的校正权重。

作为本发明的进一步改进，在步骤3中，根据权重对高频波动特征进行修正具体如下：

将各低频波动特征点相连进行插值运算即可到未校正的低频信号，未校正的高频信号由原始数据与未校正的低频信号差值得出，计算表达式如下：

;

式中，为未校正的低频信号的第/>个幅值，为未校正的高频信号的第/>个幅值，/>原始数据中的第个点的数值；

再次使用校正权重对做差后得到的未校正高频信号的幅值进行校正消除小幅波动带来的畸变；某点处于两个首层波动特征点之间的高频信号幅值通过校正得到，计算表达式如下：

;

式中，为高频信号在点/>的幅值，为第/>次波动的校正权重，/>为未校正的高频信号的第/>个点的幅值；

通过校正的高频信号与原信号做差还原低频信号，计算表达式如下：

;

式中为还原的低频信号第/>个点幅值，/>为还原的高频信号第/>个点幅值，/>原始数据中的第/>个点的数值。

本发明的有益效果是：

本发明考虑到通常采集到的信号常常与系统自身噪声、工频信号耦合重叠，导致其特征被掩盖，而传统波动法用于放电信号降噪、放电脉冲提取，是在保留信号中冲击信号上升下降时间、最大幅值、峰峰值等关键信号特征前提下对信号的抽象和提炼，传统波动法无法自适应分离包含间歇性，造成高频信号波动特征混叠，因此在传统波动法基础上基于波动时间与信号频率间的映射关系提出加权波动法，根据波动时间权重，修正波动特征点位置，即根据波动时间统计信息，确定在信号的某次波动中是否发生明显的高低频信号混叠，进而确定低频信号在该处的特征点，实现低频信号的还原，解决传统波动法在分离间歇性高频信号中出现的信号混叠问题，达到对原始高低频混叠信号进行高频、低频信号分离还原且还原其波动特征。而分离后的高、低频信号，十分有便于计算其暂态冲击量。

附图说明

图1为本发明实施例的流程图；

图2为本发明实施例中首层波动特征提取流程图；

图3为本发明实施例中低频信号特征点求取流程图；

图4为本发明实施例中高、低频信号还原流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

实施例

如图1-图4所示，一种便于计算暂态冲击量的高低频混叠信号分离方法，包括以下步骤：

步骤1、对原始高低频混叠信号进行首层波动特征提取，确定原始信号中所有波动特征点；对信号进行首层波动特征提取，需要从第一个数据点进行局部波动量开始计算，计算表达式：

;

式中，为原始信号数据中第/>次局部波动量，为原始信号数据中的第/>个点的数值，/>为原始信号数据中的第/>个点的数值，/>为原始数据中/>次局部波动量的累加。

步骤2、根据校正权重求取低频信号波动特征点方法，差值运算后获得高、低频波动特征，波动特征点校正权重的计算表达式：

;

式中，为第/>次波动的校正权重，/>为第/>次波动的波动时间，/>为波动时间阈值；

步骤3、确定波动特征点校正权重后，可以确定低频波动特征点位置和幅值，计算表达式：

;

式中低频波动第/>个特征点的点号，round为表示取整运算，将括号内结果四舍五入为整数，/>为第/>次波动的结束处的点号，/>为第/>次波动的结束处的点号，/>为第/>次波动的结束处的幅值，/>为第/>次波动的结束处的幅值，为低频波动第/>个特征点的幅值，为第/>次波动的校正权重。

步骤4、根据权重对高频波动特征进行修正方法，将各低频波动特征点相连进行插值运算即可到未校正的低频信号，未校正的高频信号可以由原始数据与未校正的低频信号差值得出，计算表达式：

;

式中，为未校正的低频信号的第/>个幅值，为未校正的高频信号的第/>个幅值，/>原始数据中的第个点的数值；

步骤5、再次使用校正权重对做差后得到的未校正高频信号的幅值进行校正可以消除小幅波动带来的畸变。某点处于两个首层波动特征点之间的高频信号幅值可以通过校正得到，计算表达式：

;

式中，为高频信号在点/>的幅值，为第/>次波动的校正权重，/>为未校正的高频信号的第/>个点的幅值。

步骤6、通过校正的高频信号与原信号做差还原低频信号，计算表达式：

;

式中为还原的低频信号第/>个点幅值，/>为还原的高频信号第/>个点幅值，/>原始数据中的第/>个点的数值。

本实施例中，首先对采集到的原始高低混叠信号进行首层波动提取，确定原始高低混叠信号中所有波动特征点，求取每次信号波动中的中心点作为低频波动特征点及其幅值，通过校正权重计算求取还原低频波动特征点在高频波动中的位置及幅值，将原始混叠信号与还原的低频信号进行差值运算求取未校正的高频信号，再通过校正权重计算对未校正的高频信号进行校正，最终还原出便于计算暂态冲击量的高、低频信号。

本实施例具有如下优点：在实际中对含有偶发性高频信号混叠信号进行提取时，能够有效地避免将低频信号波动特征判定为高频信号波动特征；在进行高、低频信号还原时，采用波动时间阈值的校 正权重进行修正，能够有效地消除首层波动特征点附近产生本不存在的小幅波动；能够有效地解决传统波动法在分离间歇性高频信号中出现的信号混叠问题；分离还原出来的高、低频信，十分便于计算其暂态冲击量。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种便于计算暂态冲击量的高低频混叠电信号分离方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、将采集的原始高低频混叠电信号进行首层波动特征提取，确定原始电信号中所有波动特征点；

步骤2、根据校正权重求取低频电信号波动特征点，差值运算后获得高、低频波动特征；

在步骤2中，根据校正权重求取低频电信号波动特征点具体如下：波动特征点校正权重的计算表达式如下：

式中，Weoght_flu(k)为第k次波动的校正权重，Flu_t(k)为第k次波动的波动时间，Thres_t为波动时间阈值；

确定波动特征点校正权重后，再确定低频波动特征点位置和幅值，计算表达式如下：

Low_flu_A(k+1)＝Weight_flu(k+1)*Flu_A(k+1)+Flu_Aend(k)

式中Low_Flu_T(k+1)低频波动第k+1个特征点的点号，round为表示取整运算，将括号内结果四舍五入为整数，Flu_Tend(k+1)为第k+1次波动的结束处的点号，Flu_Tend(k)为第k次波动的结束处的点号，Flu_Aend(k+1)为第k+1次波动的结束处的幅值，Flu_Aend(k)为第k次波动的结束处的幅值，Low_flu_A(k+1)为低频波动第k+1个特征点的幅值，Weight_flu(k+1)为第k+1次波动的校正权重；

步骤3、根据权重对高频波动特征进行修正，从原始高低频混叠电信号分离还原成便于计算暂态冲击量的高、低频电信号；

在步骤3中，根据权重对高频波动特征进行修正具体如下：

将各低频波动特征点相连进行插值运算即可到未校正的低频电信号，未校正的高频电信号由原始数据与未校正的低频电信号差值得出，计算表达式如下：

Nck_High_S(n)＝S_A(n)-Nck_Low_S(n)

式中，Nck_Low_S(n)为未校正的低频电信号的第n个幅值，Nck_High_S(n)为未校正的高频电信号的第n个幅值，S_A(n)原始数据中的第n个点的数值；

再次使用校正权重对做差后得到的未校正高频电信号的幅值进行校正消除小幅波动带来的畸变；某点处于两个首层波动特征点之间的高频电信号幅值通过校正得到，计算表达式如下：

High_S(n_{k_k+1})＝2^*Weight_flu(k+1)^*Nck_High_S(n_{k_k+1})

式中，High_S(n_{k_k+1})为高频电信号在点n_{k_k+1}的幅值，Weight_flu(k+1)为第k+1次波动的校正权重，Nck_High_S(n_{k_k+1})为未校正的高频电信号的第n_{k_k+1}个点的幅值；

通过校正的高频电信号与原电信号做差还原低频电信号，计算表达式如下：

Low_S(n)＝S_A(n)-High_S(n)

式中Low_S(n)为还原的低频电信号第n个点幅值，High_S(n)为还原的高频电信号第n个点幅值，S_A(n)原始数据中的第n个点的数值。

2.根据权利要求1所述的便于计算暂态冲击量的高低频混叠电信号分离方法，其特征在于，在步骤1中，对原始高低频混叠电信号的首层波动特征提取具体如下：从第一个数据点进行局部波动量计算，计算表达式如下：

S_part_flu(n)＝S_A(n+1)-S_A(n)

Ac_Flu(n)＝∑S_part_flu(n)

式中，S_part_flu(n)为原始电信号数据中第n次局部波动量，S_A(n+1)为原始电信号数据中的第n+1个点的数值，S_A(n)为原始电信号数据中的第n个点的数值，Ac_Flu(n)为原始数据中n次局部波动量的累加。