[发明专利]一种基于类方波前馈控制随机共振的涡街频率检测方法

说明书

本发明公开了一种基于类方波前馈控制随机共振的涡街频率检测方法，包括如下步骤：(1)获得原始涡街信号；(2)并通过尺度变化将原始信号转化为小频率信号；(3)将步骤2获得的小频率信号输入前馈控制模块，得到类方波信号；(4)将小频率信号与类方波信号共同输入到耦合双稳系统中，利用遗传算法寻找耦合双稳系统的最优参数c和r，得到最优势函数的耦合双稳系统；(5)将小频率信号与类方波信号共同输入到最优势函数的耦合双稳系统中，再经过尺度还原实现涡街信号的检测。本发明提出了前馈控制随机共振方法，并通过遗传算法寻找耦合随机共振的最优系统参数，将随机共振的前馈控制与改善势函数相结合，从而产生并增强了随机共振效应。

技术领域

本发明属于信号处理与检测技术，具体涉及一种基于类方波前馈控制随机共振的涡街频率检测方法。

背景技术

人们通常都认为噪声是一种有害干扰，确实，在有用信号检测时，噪声会对许多检测系统造成影响，导致无法正常检测。所以，人们都想方设法消除噪声。不过，随机共振的出现让人惊奇地发现——噪声原来也可以变成一种有益信号。随机共振是一种反映噪声在非线性系统中起积极作用的现象，即在一定的非线性条件下，由弱周期信号和噪声(随机干扰)协同作用而导致的非线性系统增强周期性信号输出的现象。但随机共振的产生与增强是需要条件的，只有当信号、噪声和非线性系统之间满足一定的条件，才能产生共振现象、提高信噪比。

实际微弱信号检测有两大难点。第一，在低信噪比的条件下检测微弱信号。由于特征信号本身十分微弱同时外部噪声强度又比较大，势必会导致信号湮没在噪声中，导致难以检定。比较典型的就是设备的早期故障检测阶段，故障特征信号与其他信源信号混杂在一起，伴随着设备运行的强噪声干扰，导致特征信号相当微弱。所以，在进行微弱信号检测的时候，如何克服低信噪比带来的影响一直是人们在探索中不得不面对的一个难点。

第二，信号检测的实时性与快速性。在实际工程运用中，信号采集的持续时间、信号的数据长度往往会受到制约。在诸如通讯、地震波、雷达以及工业故障实时监测等领域，人们迫切希望能在较短数据长度下快速检测出微弱信号。在实时检测的过程中，必然存在检测精度与检测速度这对矛盾。为了解决这一矛盾，对随机共振系统的改良就显得十分迫切。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种基于类方波前馈控制随机共振的涡街频率检测方法，旨在通过信号输入前馈控制模块后得到的类方波信号作为前馈控制信号，结合遗传算法与耦合双稳系统，从而实现特征信号的高效检测。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于类方波前馈控制随机共振的涡街频率检测方法，具体包括如下步骤：

(1)利用涡街信号采集装置获得原始涡街信号；

(2)并通过尺度变化将原始信号转化为小频率信号；

(3)将步骤2获得的小频率信号输入前馈控制模块，得到类方波信号，并将类方波信号作为前馈控制信号；

(4)将步骤2得到的小频率信号与步骤3得到的前馈控制信号共同输入到耦合双稳系统中，以信噪比为衡量指标，利用遗传算法寻找耦合双稳系统的最优参数c和r，得到最优势函数的耦合双稳系统；

(5)将步骤2得到的小频率信号与步骤3得到的前馈控制信号共同输入到最优势函数的耦合双稳系统中，再经过尺度还原实现涡街信号的检测。

进一步的，所述步骤(2)具体为：取频率压缩比为R,原始涡街信号的实际采样频率为f_s，通过频率压缩比R，定义采样压缩频率为f_sr＝f_s/R，采样压缩频率计算步长为h＝1/f_sr，故原始涡街信号的每一个频率都被线性的压缩了R倍，从而将原始信号转化为小频率信号，并且满足绝热近似理论中的小参数条件。