[发明专利]一种冲击监测系统的信号重构方法

权利要求书

1.一种冲击监测系统的信号重构方法，其特征在于，冲击监测系统采用数字随机解调与分裂恢复方法进行信号重构，所述冲击监测系统包括冲击监测前端、采样触发模块、信号转换模块、数字随机采样器和上位机，所述冲击监测前端将冲击力信号转化为电压信号输入到采样触发模块，所述采样触发模块控制冲击监测前端的电压信号进入信号转换模块，所述信号转换模块将接收到的电压信号转化为三元信号并输入到数字随机采样器，所述数字随机采样器对三元信号进行数字随机解调实现压缩采样，所述数字随机采样器将所得采样信号传输至上位机进行反演，所述上位机采用分裂恢复方法恢复原始信号，经信号分析与处理后，最终反演出冲击力的特性；所述采样触发模块记录冲击力信号到达冲击监测前端上各个压电传感器的时间信息并输入到上位机，所述上位机采用时差定位法反演出冲击力源的位置；

所述冲击监测系统从压缩后的观测向量中恢复出压缩前的信号的具体方法步骤如下:

步骤1：输入参数观测矩阵Φ，信号观测向量y和滑动窗口长度L，其中，Φ为M×N的二维随机矩阵，且MN；

步骤2：初始化输入信号的估计值定义窗口Ω＝{S，S+1，...，S+L-1}，初始化S＝1；

步骤3：用窗口Ω截取观测矩阵Φ产生子矩阵B₂；

步骤4：在每个窗口采用分裂投影最小二乘法算法进行估计，记为SPLS估计，其中，每个SPLS估计值计算公式如公式(1)所示：

步骤5：对步骤4得到的SPLS估计值进行幅度校准得到估计值其校准公式如式(2)所示：

表示校准后的估计值；

步骤6：采用递归算法逐步逼近观测向量y的值，其公式如式(3)所示：

步骤7：累加一次估计值到估计值估计值初始为空值，其公式如式(4)所示：

步骤8：更新窗口Ω的起始列S，令S＝S+L；

步骤9：若S＜N，返回步骤3，否则，转入步骤10；

步骤10：输出最终的输入信号估计值

2.根据权利要求1所述的冲击监测系统的信号重构方法，其特征在于，所述冲击监测前端包括若干压电传感器、电荷放大器和电路开关，若干所述压电传感器分布设置在监测物体表面，且若干所述压电传感器的信号输出端分别与电荷放大器的信号输入端连接，所述电荷放大器的信号输出端分成两路，一路与所述采样触发模块的信号输入端相连，另一路经电路开关与所述信号转换模块的信号输入端连接，且所述电路开关由采样触发模块控制，从而决定冲击监测前端的输出端信号是否进入信号转换模块。

3.根据权利要求2所述的冲击监测系统的信号重构方法，其特征在于，所述采样触发模块包括若干第一电压比较器与第一单片机，若干所述第一电压比较器判断冲击监测前端的每一路输入电压信号是否超过设置的阈值电压，所述第一单片机记录每路电压信号超过阈值的时刻作为时间信息传输至上位机，上位机根据输入的时间信息采用时差定位法反演出冲击力源的位置；当任意一路电压信号超过阈值时，所述单片机控制打开冲击监测前端中的电路开关，当所有路电压信号都低于阈值电压且保持一定时间段后，所述单片机控制关闭所述的冲击监测前端中的电路开关。

4.根据权利要求1所述的冲击监测系统的信号重构方法，其特征在于，所述信号转换模块包括一对差分放大器，一对第二电压比较器，一个累加器、第二单片机和阈值发生器，所述一对差分放大器相互并联连接，且所述冲击监测前端通过采样触发模块控制输入的电压信号分别传输至两个差分放大器的同相输入端，两个所述差分放大器的反相输入端分别接入阈值发生器提供的一对阈值信号V_th,H与V_th,L，两个差分放大器的输出端分别与两个所述第二电压比较器的同相输入端连接，两个所述第二电压比较器的反相输入端均接地，且两个第二电压比较器相互并联连接，两个所述第二电压比较器的输出端均与所述累加器的信号输入端连接，所述累加器的信号输出端与第二单片机的信号输入端连接，所述第二单片机的信号输出端与数字随机采样器连接，所述第二单片机与所述阈值发生器控制连接。