[发明专利]谱互相关系数的弓网匹配性能评估方法

权利要求书

1.谱互相关系数的弓网匹配性能评估方法，在高速铁路弓网选型中评估不同类型的弓网匹配的性能，通过构造接触网和受电弓动态抬升量连续频谱，计算弓网抬升谱的皮尔逊互相关系数量化评估弓网匹配性能以明确弓网选型构造参数，其具体工作步骤包含：

A、接触网和受电弓动态抬升量数据的预处理

a.检验原始数据是否符合本方法要求：应用于本方法的实测或仿真的接触网和受电弓动态抬升量数据，其实测或仿真时弓网运行的距离应不少于所选铁道线路十跨的距离；

b.剔除接触网和受电弓抬升量数据中残差超过标准差3倍的数据；

B、自回归AR(Auto Regressive)模型法构造接触网和受电弓动态抬升量连续频谱接触网或受电弓抬升量数据为离散数据，其AR模型可用如下差分方程表示：

x(n)=-Σk=1pqkx(n-k)+e(n)---(1)]]>

其中，x(n)表示接触网或受电弓抬升量数据的离散序列；e(n)为白噪声序列，其方差为σ²；p为模型的阶次；a_k为AR模型参数，k＝1，2,L，p；求解出AR模型的参数σ²和a_k，根据连续频谱的定义可以得到x(n)的连续频谱为：

Sx(ω)=σ2|1+Σk=1pake-jωk|2---(2)]]>

其中，ω为圆频率，即得到接触线和受电弓抬升量的连续频谱S_c和S_p；

C、计算弓网抬升谱皮尔逊互相关系数

弓网抬升谱皮尔逊互相关系数的计算公式如下：

Cs=Σ(Sc(i)-Sc‾)gΣ(Sp(i)-Sp‾)Σ(Sc(i)-Sc‾)2gΣ(Sp(i)-Sp‾)2---(3)]]>

其中，S_c(i)和S_p(i)分别表示接触网和受电弓抬升量连续频谱序列的第i项的值，i的取值范围为所求得的连续频谱的第一项至最后一项；上划线表示均值；皮尔逊互相关系数计算结果精确到小数点后4位；

D、评估弓网匹配性能

a.根据接触网和受电弓动态抬升量连续频谱，定性比较不同弓网类型匹配性能，对比接触网和受电弓抬升谱的差异可以明确造成该类型弓网匹配性能不佳的频带范围；

b.根据弓网抬升谱皮尔逊互相关系数，定量比较不同弓网类型匹配性能，互相关系数较大则可以认为匹配性能较好，输出判断结果至后续处理设备。

2.根据权利要求1所述的谱互相关系数的弓网匹配性能评估方法，其特征在于所述B步AR模型法构造接触网和受电弓动态抬升量连续频谱的具体做法为：

式(2)中AR模型参数σ²和a_k的求解采用Burg算法，在确定了AR模型阶数p的情况下，设Burg算法的算法阶数为m，在其算法过程中m取值为1，2,L，p依次进行运算，算法中计算m阶预测误差的递推公式为：

em(n)=em-1(n)+kmbm-1(n-1)bm(n)=bm-1(n)+kmem-1(n-1)e0(n)=b0(n)=x(n),m=1,2,L,p---(4)]]>

其中，e_m(n)、b_m(n)分别为阶次为m时的前、后向预测误差；e₀(n)、b₀(n)表示m＝1时前、后向预测误差的初始值；p为AR模型的阶次；k_m为反射系数：

km=-2Σn=mN-1em-1(n)bm-1(n-1)Σn=mN-1(|em-1(n)|2+|bm-1(n-1)|2)---(5)]]>

其中，N为序列x(n)的长度；按上式计算出反射系数k_m后，在阶次为m时的AR模型参数由Levinson算法递推求出：

am(i)=am-1(i)-kmam-1(i-1)am(m)=km,i=1,2,L,m-1---(6)]]>

σ2=ρm=ρm-1(1-|km|2)ρ0=E[x2(n)]---(7)]]>

其中，x²(n)表示序列x(n)中每个值求平方后组成的序列；E表示求其期望；当完成了Burg算法阶数m由1到p的所有计算，得到参数a_p⁽¹⁾，a_p⁽²⁾，La_p^(p)对应AR模型的参数a_k(k＝1，2,L，p)，同时得到参数σ²；将参数代入式(2)则得到连续频谱。