[发明专利]基于样条调频小波-同步压缩算法的瞬时频率估计方法

权利要求书

1.基于样条调频小波-同步压缩算法的瞬时频率估计方法，其特征在于，包括：

S1.采集旋转机械轴系振动信号s(t)；S2.利用样条调频小波-同步压缩变换对振动信号s(t)进行时频分析，得到信号的主频瞬时频率IF(t,ω)，根据主频瞬时频率IF(t,ω)与小波变换所得主频WT(t,ω)时频曲线的相关度判断样条小波调频变换终止条件；

进一步包括：

S21.运用小波变换得到s(t)的时频分布WT(t,ω)；

S22.检测时频分布峰值IF⁽⁰⁾(t,ω)；

S23.运用样条拟合得到样条曲线拟合参数；

S24.根据S23得到的样条参数初始化核函数Φ^R,(k)和Φ^S,(k)；

S25.通过时频变换得到s(t)的时频表示SCT^(k)(t,ω)；

S26.检测SCT^(k)(t,ω)的峰值得到信号s(t)时频分布的脊线IF^(k)(t,ω)，作为s(t)的SSCT时频变换结果SSCT_s(t,ω)；

S27.判断IF^(k)(t,ω)与IF⁽⁰⁾(t,ω)的相关性是否满足Corrcoef(IF^(k)(t,ω),IF⁽⁰⁾(t,ω))＞corr，其中，Corrcoef为相关系数，corr为相关性判断标准，corr≥0.80；如果满足，说明样条拟合没有发生过拟合，此时转至S28；如果不满足，则结束计算；

S28.判断是否满足|IF^(k)(t,ω)－IF^(k-1)(t,ω)|ε，其中ε为迭代计算精度；如果满足，计算结束，SCT^(k)(t,ω)为最终时频分析结果，IF^(k-1)(t,ω)为SCT^(k)(t,ω)经同步压缩变换后的信号时频曲线；如果不满足，转至S23，迭代计算直到计算结束；S3.根据样条调频小波-同步压缩变换所得主频瞬时频率IF(t,ω)重新构建振动信号x(t)；进一步包括：

S31.确定主频信号的积分区间ds：积分区间的宽度其中σ为高斯函数的标准方差，m为沿时频平面内的时间-频率切线斜率，f_max为信号s(t)变换结果IF^(k)(t,ω)在频率-幅值平面内的峰值频率；高斯窗的最优窗口宽度下，信号变换结果SCT(t,ω)在频率-幅值平面内的中心瓣宽度最窄、聚集性最为集中，ds之外的部分接近于0，其中f_s为信号s(t)的采样频率；

S32.信号重构计算：待积分的曲线由散点构成，根据SCT(t,ω)在频率-幅值平面内对称分布的特点，将该曲线散点按对称轴f＝f_max水平翻转，对翻转前后的全部数据点的拟合曲线在积分区间内进行积分计算，得到重构信号x(t)；

S33.根据采集到的振动信号s(t)和重构信号x(t)得到信号中的噪声n(t)＝s(t)－x(t)；

S34.利用噪声n(t)和重构信号x(t)构建信号y(t)＝b·n(t)+x(t)，对y(t)重复步骤S2和S31～S33，计算在不同信噪比下估计频率SSCT_y(t,ω)与重构信号x(t)的频率SSCT_x(t,ω)之间的误差修正系数h，其中b为噪声变换系数，取值范围为[0,2]；其中，假设原始信号s(t)的时频分析结果SSCT_s(t,ω)，即IF^(k)(t,ω)，为重构信号x(t)的真实频率，即SSCT_x(t,ω)＝SSCT_s(t,ω)；

S4.根据重构信号x(t)分离出原始信号s(t)中的噪声成分n(t)＝s(t)－x(t)，利用样条调频小波-同步压缩变换分析不同噪声系数b下重构信号y(t)＝x(t)+b·n(t)的估计频率IF_y(t,ω)与瞬时频率IF(t,ω)的相对误差，根据噪声系数b与估计频率误差之间的关系修正s(t)的估计频率IF(t,ω)。