JP7140426B2 - Time-varying structure instantaneous frequency determination method, system, device and storage medium - Google Patents
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Description
本発明は、土木工事構造損傷検出技術分野に関し、特に時変構造瞬時周波数決定方法、システム、装置及び記憶媒体に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to the field of civil engineering structural damage detection technology, and more particularly to a time-varying structural instantaneous frequency determination method, system, device and storage medium.
土木工事構造損傷検出及び識別は、構造の正常動作を保証するための必要な手段の一つであり、構造に対して損傷検出を行うことで、速やかに構造損傷位置を見つけ、損傷程度を判断し、そして必要な管理養護を行い、測定した振動応答(即ち、加速度、変位応答など)に基づき、構造に対して損傷識別を行うことは、ここ数十年来の重要な研究方向になっている。しかし、構造の実際動作過程において、材料の損耗又は強度の劣化によって品質と剛性などが変化することによって、極端の影響負荷が生じる。実際検出過程において、しばしば材料属性(剛性、品質など)が変化した構造に直面し、経時変化に従って振動特性を表現することができ、即ち、時変構造であり、これは構造の非線形及び剛性と限界条件の変化によるものであり、その信号は、非安定として表現される。測定された非安定振動応答信号から、時変システムの振動特性をどのように識別するかは、構造損傷識別を行うことが解決しなければならない問題である。関連研究では、ヒルベルト-黄変換(HHT)又は経験的モード分解(EMD)を用いて信号を処理することによって、構造損傷の検出を行うことができるが、このような二つの方法ともモード折り返し現象とエンドエフェクタが存在する。モード折り返し現象を解決するために提案されたEEMD法は、モード折り返し現象を抑制しているが、エンドエフェクタ問題は依然として有効に解決できない。 Civil engineering structural damage detection and identification is one of the necessary means to ensure the normal operation of structures. It has been an important research direction in recent decades to perform damage identification on structures based on the required maintenance and care and on the basis of the measured vibration response (i.e. acceleration, displacement response, etc.). . However, during the actual operation of the structure, extreme impact loads occur due to changes in quality, stiffness, etc. due to material wear or strength deterioration. In the actual detection process, we often encounter structures with changed material attributes (stiffness, quality, etc.), and the vibration characteristics can be expressed according to the changes over time, that is, the time-varying structure, which means the nonlinearity and stiffness of the structure. Due to changes in marginal conditions, the signal is represented as unstable. How to identify the vibrational characteristics of a time-varying system from the measured astable vibration response signal is a problem that structural damage identification must solve. In related work, detection of structural damage can be done by processing the signal using the Hilbert-Huang transform (HHT) or empirical mode decomposition (EMD), but both such methods are susceptible to the mode folding phenomenon. and end effectors. The EEMD method proposed to solve the mode folding phenomenon suppresses the mode folding phenomenon, but the end effector problem still cannot be solved effectively.
従来技術では、経験的ウェーブレット変換を用いて時変構造瞬時周波数識別を行う方法が開示されている。しかしながら、一方では、経験的ウェーブレット変換により長周期信号成分を処理する際に、周波数精度が不足し、時間スペクトル上では、信号分布が比較的広く、曖昧であることを表現している。もう一方では、経験的ウェーブレット変換によりノイズ干渉のある信号を処理する際に、信号スペクトルに原始信号に存在しない周波数成分が出現し、「過分割」を引き起こし、即ち、フィルタリング境界決定数が多すぎ、経験的ウェーブレット変換を経た後、原始信号に存在しない成分を得ることができ、瞬時周波数を損傷識別の指標とした場合、単純の経験的ウェーブレット変換は、ノイズの影響を大きく受ける。このため、瞬時周波数を介して損傷識別を行うために、まず、比較的正確な時間周波数曲線をフェッチしなければならず、周波数精度が不足すると、適切なフィルタを構築して多成分信号を分離することができず、構造損傷検出結果が正確ではなくなる。 The prior art discloses methods for time-varying structural instantaneous frequency identification using empirical wavelet transforms. On the other hand, however, when processing long-period signal components by empirical wavelet transform, the frequency accuracy is insufficient, and the signal distribution is relatively wide and ambiguous on the time spectrum. On the other hand, when processing signals with noise interference by empirical wavelet transform, frequency components appear in the signal spectrum that are not present in the original signal, causing "overdivision", i.e., too many filtering boundary decisions. , After the empirical wavelet transform, we can obtain the components that are not present in the original signal, and if the instantaneous frequency is taken as the index of damage identification, the simple empirical wavelet transform is greatly affected by noise. Therefore, in order to perform damage identification via instantaneous frequency, a relatively accurate time-frequency curve must first be fetched, and when the frequency accuracy is insufficient, a suitable filter can be constructed to separate the multi-component signals. and the structural damage detection results will be inaccurate.
用語解釈:
経験的ウェーブレット変換(Empirical wavelet transform、EWT):信号を複数の成分に分解し、瞬時周波数の識別を介して損傷識別を行う方法である。
短時間フーリエ変換(Short Time Fourier Transform、STFT):時変信号の局所領域正弦波の周波数と位相を決定するためのフーリエ変換に関連する数学的変換である。
同期抽出変換(Synchro Extracting Transform、SET):短時間フーリエ変換を改良した時間周波数分析方法である。
時間スペクトル:時間-周波数の二次元関数であり、一次元タイミング信号を二次元平面に拡張することができ、その経時変化特徴もはっきり表現される。
Terminology Interpretation:
Empirical Wavelet Transform (EWT): A method of decomposing a signal into multiple components and performing lesion identification through identification of instantaneous frequencies.
Short Time Fourier Transform (STFT): A mathematical transformation related to the Fourier transform for determining the frequency and phase of a local area sinusoid of a time-varying signal.
Synchro Extracting Transform (SET): A time-frequency analysis method that improves on the short-time Fourier transform.
Time Spectrum: A two-dimensional function of time-frequency, a one-dimensional timing signal can be extended to a two-dimensional plane, and its time-varying characteristics are also clearly represented.
本発明は、従来技術に存在する技術課題の一つを少なくとも一定の程度上で解決することを目的とする。 It is an object of the present invention to solve, at least to some extent, one of the technical problems existing in the prior art.
このため、本発明の実施例の一つの目的は、時変構造瞬時周波数決定方法を提供することである。この方法は、同期抽出変換を用いて精度がより高く、エネルギーがより集中になる時間スペクトルを取得し、この時間スペクトルに基づいてフィルタリング境界を正確に取得し、さらにこのフィルタリング境界に基づいてフィルタを構造して経験的ウェーブレット変換を行い、時変構造各固有モード成分の瞬時周波数を得ることによって、時変構造に対して後続の損傷識別を行うことができる。本発明の実施例は、従来技術に対して、時変構造瞬時周波数の識別精度を向上させ、さらに時変構造損傷識別の正確度を向上させる。 It is therefore an object of embodiments of the present invention to provide a time-varying structural instantaneous frequency determination method. This method uses a synchronous extraction transform to obtain a more accurate and more energy-intensive time spectrum, accurately obtains filtering boundaries based on this time spectrum, and further filters based on this filtering boundaries. Subsequent damage identification can be performed on the time-varying structure by performing an empirical wavelet transform on the structure to obtain the instantaneous frequency of each eigenmode component of the time-varying structure. Embodiments of the present invention improve the accuracy of time-varying structural instantaneous frequency identification and further improve the accuracy of time-varying structural damage identification over the prior art.
本発明の実施例の別の目的は、時変構造瞬時周波数決定システムを提供することである。 It is another object of embodiments of the present invention to provide a time-varying structural instantaneous frequency determination system.
上記技術目的を達成するために、本発明の実施例で用いる技術案は、以下のとおりである。 In order to achieve the above technical objectives, the technical solutions used in the embodiments of the present invention are as follows.
第一の方面によれば、本発明の実施例は、時変構造瞬時周波数決定方法を提供する。この方法は、
同期抽出変換を用いて時変構造の第一のスケジュール信号に対して時間周波数解析を行い、第一の時間スペクトルを得、前記第一の時間スペクトルに基づいて第一のフィルタリング境界を決定することと、
前記第一のスケジュール信号に対してフーリエスペクトル分析を行い、第一の信号スペクトルを得、前記第一のフィルタリング境界に基づいて前記第一の信号スペクトルに対して分割を行い、若干のスペクトル片を得ることと、
前記スペクトル片と前記第一のフィルタリング境界に基づいて、前記第一のスケジュール信号に対して経験的ウェーブレット変換を行い、若干の固有モード成分を得ることと、
前記固有モード成分に対して復調を行い、各前記固有モード成分の第一の瞬時周波数を決定することとを含む。
According to a first aspect, embodiments of the present invention provide a time-varying structural instantaneous frequency determination method. This method
Performing a time-frequency analysis on a first scheduled signal of time-varying structure using a synchronous extraction transform to obtain a first time spectrum, and determining a first filtering boundary based on the first time spectrum. When,
performing a Fourier spectral analysis on the first scheduled signal to obtain a first signal spectrum; performing a division on the first signal spectrum based on the first filtering boundary to obtain a number of spectral pieces; to get and
performing an empirical wavelet transform on the first scheduled signal based on the spectral piece and the first filtering boundary to obtain a number of eigenmode components;
performing demodulation on the eigenmode components to determine a first instantaneous frequency of each eigenmode component.
さらに、本発明の一つの実施例では、前述した、同期抽出変換を用いて時変構造の第一のスケジュール信号に対して時間周波数解析を行い、第一の時間スペクトルを得、前記第一の時間スペクトルに基づいて第一のフィルタリング境界を決定することは、具体的には、
前記第一のスケジュール信号に対して短時間フーリエ変換を行い、第二の時間スペクトルを得ることと、
前記第二の時間スペクトルに基づいて、前記第一のスケジュール信号の第二の瞬時周波数を推定して得ることと、
前記第二の瞬時周波数をdelta関数に結合し、同期抽出演算子SEOを構築し、前記同期抽出演算子SEOを前記第二の時間スペクトルに結合し、前記第一の時間スペクトルを得ることと、
前記第一の時間スペクトルにおける隣接成分の周波数値に基づいて計算を行い、前記第一のフィルタリング境界を決定することとを含む。
Further, in one embodiment of the present invention, time-frequency analysis is performed on the first schedule signal having the time-varying structure using the above-described synchronous extraction transform to obtain a first time spectrum, Specifically, determining the first filtering boundary based on the time spectrum includes:
performing a short-time Fourier transform on the first schedule signal to obtain a second time spectrum;
estimating a second instantaneous frequency of the first schedule signal based on the second time spectrum;
combining the second instantaneous frequency with a delta function to construct a synchronous extraction operator SEO, and combining the synchronous extraction operator SEO with the second time spectrum to obtain the first time spectrum;
performing calculations based on frequency values of adjacent components in the first time spectrum to determine the first filtering boundary.
さらに、本発明の一つの実施例では、前記第一のフィルタリング境界は、
さらに、本発明の一つの実施例では、前述した、前記スペクトル片と前記第一のフィルタリング境界に基づいて、前記第一のスケジュール信号に対して経験的ウェーブレット変換を行い、若干の固有モード成分を得ることは、具体的には、
前記スペクトル片と前記第一のフィルタリング境界に基づいて、経験的ウェーブレット関数と経験的スケーリング関数を構築することと、
前記経験的ウェーブレット関数と前記経験的スケーリング関数に基づいて、詳細係数と近似係数を決定することと、
前記経験的ウェーブレット関数、前記経験的スケーリング関数、前記詳細係数及び前記近似係数に基づいて、前記第一のスケジュール信号に対して経験的ウェーブレット変換を行うことによって、前記第一のスケジュール信号に対して信号分解を行い、若干の固有モード成分を得ることとを含む。
Further, in one embodiment of the present invention, based on the spectral piece and the first filtering boundary, as described above, an empirical wavelet transform is performed on the first scheduled signal to remove some eigenmode components as Specifically, you get
constructing an empirical wavelet function and an empirical scaling function based on the spectral piece and the first filtering boundary;
determining detail coefficients and approximation coefficients based on the empirical wavelet function and the empirical scaling function;
on the first scheduled signal by performing an empirical wavelet transform on the first scheduled signal based on the empirical wavelet function, the empirical scaling function, the detail coefficients and the approximation coefficients; performing signal decomposition to obtain some eigenmode components.
さらに、本発明の一つの実施例では、前記時変構造瞬時周波数決定方法は、
前記経験的ウェーブレット関数、前記経験的スケーリング関数、前記詳細係数及び前記近似係数に基づいて、前記第一のスケジュール信号に対して信号再構成を行い、再構成信号を得、出力することをさらに含む。
Furthermore, in one embodiment of the present invention, the time-varying structural instantaneous frequency determination method comprises:
further comprising performing signal reconstruction on the first schedule signal based on the empirical wavelet function, the empirical scaling function, the detail coefficients and the approximation coefficients to obtain and output a reconstructed signal. .
さらに、本発明の一つの実施例では、前述した、前記固有モード成分に対して復調を行い、各前記固有モード成分の第一の瞬時周波数を決定することは、具体的には、
ヒルベルト変換を用いて前記固有モード成分に対して復調を行い、各前記固有モード成分の瞬時周波数関数を得、さらに前記瞬時周波数関数に基づいて、各前記固有モード成分の第一の瞬時周波数を決定することである。
Furthermore, in one embodiment of the present invention, performing demodulation on the eigenmode components and determining a first instantaneous frequency of each eigenmode component as described above specifically includes:
demodulating the eigenmode components using a Hilbert transform to obtain an instantaneous frequency function of each eigenmode component; and determining a first instantaneous frequency of each eigenmode component based on the instantaneous frequency function. It is to be.
さらに、本発明の一つの実施例では、前記時変構造瞬時周波数決定方法は、
前記瞬時周波数関数に基づいて、前記第一の瞬時周波数変化発生の第一の時刻を決定し、前記第一の時刻を構造損傷時刻として出力することをさらに含む。
Furthermore, in one embodiment of the present invention, the time-varying structural instantaneous frequency determination method comprises:
Further comprising determining a first time of occurrence of the first instantaneous frequency change based on the instantaneous frequency function, and outputting the first time as a structural damage time.
第二の方面によれば、本発明の実施例は、時変構造瞬時周波数決定システムを提供する。このシステムは、
同期抽出変換を用いて時変構造の第一のスケジュール信号に対して時間周波数解析を行い、第一の時間スペクトルを得、前記第一の時間スペクトルに基づいて第一のフィルタリング境界を決定するためのフィルタリング境界決定モジュールと、
前記第一のスケジュール信号に対してフーリエスペクトル分析を行い、第一の信号スペクトルを得、前記第一のフィルタリング境界に基づいて前記第一の信号スペクトルに対して分割を行い、若干のスペクトル片を得るためのスペクトル分割モジュールと、
前記スペクトル片と前記第一のフィルタリング境界に基づいて、前記第一のスケジュール信号に対して経験的ウェーブレット変換を行い、若干の固有モード成分を得るための固有モード成分決定モジュールと、
前記固有モード成分に対して復調を行い、各前記固有モード成分の第一の瞬時周波数を決定するための瞬時周波数決定モジュールとを含む。
According to a second aspect, embodiments of the present invention provide a time-varying structural instantaneous frequency determination system. This system
to perform a time-frequency analysis on a first scheduled signal of time-varying structure using a synchronous extraction transform to obtain a first time spectrum, and to determine a first filtering boundary based on the first time spectrum; a filtering boundary determination module of
performing a Fourier spectral analysis on the first scheduled signal to obtain a first signal spectrum; performing a division on the first signal spectrum based on the first filtering boundary to obtain a number of spectral pieces; a spectral splitting module for obtaining
an eigenmode component determination module for performing an empirical wavelet transform on the first scheduled signal based on the spectral piece and the first filtering boundary to obtain a number of eigenmode components;
an instantaneous frequency determination module for performing demodulation on the eigenmode components and determining a first instantaneous frequency of each of the eigenmode components.
第三の方面によれば、本発明の実施例は、時変構造瞬時周波数決定装置を提供する。この装置は、
少なくとも一つのプロセッサと、
少なくとも一つのプログラムを格納するための少なくとも一つのメモリとを含み、
前記少なくとも一つのプログラムが前記少なくとも一つのプロセッサによって実行される時、前記少なくとも一つのプロセッサに上記時変構造瞬時周波数決定方法を実現させる。
According to a third aspect, embodiments of the present invention provide a time-varying structural instantaneous frequency determination apparatus. This device
at least one processor;
at least one memory for storing at least one program;
When the at least one program is executed by the at least one processor, it causes the at least one processor to implement the time-varying structure instantaneous frequency determination method.
第四の方面によれば、本発明の実施例は、プロセッサ実行可能なプログラムが記憶されるコンピュータ可読記憶媒体をさらに提供する。前記プロセッサ実行可能なプログラムがプロセッサによって実行される時、上記時変構造瞬時周波数決定方法を実現させる。 According to a fourth aspect, embodiments of the present invention further provide a computer-readable storage medium having a processor-executable program stored thereon. When the processor-executable program is executed by the processor, it implements the time-varying structure instantaneous frequency determination method.
本発明の利点及び有益効果は、以下の説明において一部が示され、一部が以下の説明から明らかになり、又は本発明の実践によって理解され得る。 Advantages and beneficial effects of the invention will be set forth in part in the description that follows, and in part will be apparent from the description, or may be learned by practice of the invention.
本発明の実施例は、同期抽出変換を用いて精度がより高く、エネルギーがより集中になる時間スペクトルを取得し、この時間スペクトルに基づいてフィルタリング境界を正確に取得し、さらにこのフィルタリング境界に基づいてフィルタを構造して経験的ウェーブレット変換を行い、時変構造各固有モード成分の瞬時周波数を得ることによって、時変構造に対して後続の損傷識別を行うことができる。本発明の実施例は、同期抽出変換を用いて時間スペクトルを取得し、ノイズの干渉を回避することによって、後続の固有モード成分のフィルタリングをより正確且つ可信頼になるように、より正確なフィルタリング境界を取得することができ、従来技術に対して、広周波数帯域、高ノイズ信号フィルタリング境界を決定するときに、位置決め不正確の状況を改善し、時変構造瞬時周波数の識別精度を向上させ、さらに時変構造損傷識別の正確度を向上させる。 Embodiments of the present invention use a synchronous extraction transform to obtain a more accurate and more energy-intensive time spectrum, accurately obtain filtering boundaries based on the time spectrum, and based on the filtering boundaries, Subsequent damage identification can be performed on the time-varying structure by constructing a filter and performing an empirical wavelet transform to obtain the instantaneous frequency of each eigenmode component of the time-varying structure. Embodiments of the present invention acquire the time spectrum using a synchronous extraction transform to avoid noise interference, thereby providing more accurate filtering so that subsequent filtering of eigenmode components is more accurate and reliable. Boundary can be obtained, compared with the prior art, wide frequency band, high noise signal filtering, improve the positioning inaccuracy situation when determining the boundary, improve the identification accuracy of the time-varying structure instantaneous frequency, It also improves the accuracy of time-varying structural damage identification.
本発明の実施例における技術案をより明瞭に説明するために、以下は、本発明の実施例の記述において使用される必要がある添付図面を紹介する。理解すべきことは、以下の記述における添付図面は、ただ本発明の技術案における一部の実施例に過ぎず、当業者にとって、創造的な労力を払わない前提で、それらの添付図面に基づき、他の添付図面も得られる。 In order to describe the technical solutions in the embodiments of the present invention more clearly, the following introduces the accompanying drawings that should be used in the description of the embodiments of the present invention. It should be understood that the accompanying drawings in the following description are merely some embodiments of the technical solution of the present invention. , other accompanying drawings are also available.
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。前記実施例における例が図面に示され、同一又は類似する符号は、常に同一又は類似する部品、或いは、同一又は類似する機能を有する部品を表す。図面を参照しながら以下に説明される実施例は例示的なものであり、本発明を解釈することを旨とし、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。以下の実施例では、ステップ番号は単に説明の便宜のためのものであり、ステップ間の実行順序は特に限定されない。実施例における各ステップの実行順序は、いずれも当業者の理解に基づいて適応調整を行ってもよい。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. Examples in said embodiments are shown in the drawings, where the same or similar reference numbers always denote the same or similar parts or parts with the same or similar functions. The embodiments described below with reference to the drawings are illustrative and are intended to interpret the invention and should not be construed as limiting the invention. In the following examples, the step numbers are merely for convenience of explanation, and the execution order between steps is not particularly limited. The execution order of each step in the embodiment may be adaptively adjusted based on the understanding of those skilled in the art.
本発明の説明において、複数の意味は二つ以上であり、「第一の」、「第二の」という用語は、技術的な特徴を区別するためのものであり、相対的な重要性を指示する又は示唆するか、又は、指示された技術的な特徴の数を特定するか、又は指示された技術的な特徴の前後関係を特定するものとして解釈されるべきではない。また、特に定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語及び科学用語は、当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。 In the description of the present invention, the plural means two or more, and the terms "first" and "second" are used to distinguish technical features and to indicate their relative importance. It should not be construed as indicating or suggesting, or specifying the number of technical features indicated, or the context of any technical feature indicated. Also, unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art.
まず、本発明の実施例における関連記述について説明する。
第一のスケジュール信号-原始スケジュール信号、
第一の時間スペクトル-原始スケジュール信号がSETを経て得られた時間スペクトル、SET時間スペクトルと略称する、
第一のフィルタリング境界-即ち、第一の時間スペクトル各成分によって計算されたもの、EWTに用いられるフィルタリング境界、
第一の信号スペクトル-原始信号がフーリエ変換を経て得られたスペクトル、
第一の瞬時周波数-固有モード成分が復調された後に得られた瞬時周波数を指す、
第二の時間スペクトル-原始スケジュール信号が短時間フーリエ変換を経て得られた時間スペクトル、
第二の瞬時周波数-第二の時間スペクトルによって推定された原始スケジュール信号瞬時周波数を指す、
第一の時刻-第一の瞬時周波数変化発生の時刻。
First, related descriptions in the embodiments of the present invention will be described.
a first schedule signal--the original schedule signal;
a first time spectrum--the time spectrum obtained by the original schedule signal via SET, abbreviated SET time spectrum;
the first filtering boundary—that is, the one calculated by the first time spectral component, the filtering boundary used for EWT;
a first signal spectrum--a spectrum obtained by subjecting the original signal to a Fourier transform;
first instantaneous frequency—refers to the instantaneous frequency obtained after the eigenmode components have been demodulated;
second time spectrum--the time spectrum obtained by subjecting the original schedule signal to a short-time Fourier transform;
second instantaneous frequency—refers to the original schedule signal instantaneous frequency estimated by the second time spectrum;
first time--the time of occurrence of the first instantaneous frequency change.
図1を参照して、本発明の実施例は、時変構造瞬時周波数決定方法を提供する。この方法は、具体的には、以下のステップS101~ステップS104を含む。 Referring to FIG. 1, an embodiment of the present invention provides a time-varying structural instantaneous frequency determination method. This method specifically includes the following steps S101 to S104.
S101、同期抽出変換を用いて時変構造の第一のスケジュール信号に対して時間周波数解析を行い、第一の時間スペクトルを得、第一の時間スペクトルに基づいて第一のフィルタリング境界を決定し、
具体的には、本発明の実施例は、同期抽出変換を用いて初期信号(即ち、第一のスケジュール信号)に対して時間周波数解析を行い、瞬時周波数位置における時間スペクトルの時間周波数係数のみを抽出することによって、エネルギーがより集中になる時間スペクトルを抽出することができる。同期抽出変換を用いて信号を処理するステップは、まず、短時間フーリエ変換によって信号の時間スペクトルを得、次に、この時間スペクトル上の情報を用いて瞬時周波数を得、その後、Delta関数と結合して同期抽出演算子を構築し、最後にSEO演算子を短時間フーリエ変換によって得られた時間スペクトルに用いられ、エネルギーがより集中になる信号時間スペクトルを抽出することである。
S101, performing time-frequency analysis on the first scheduled signal with time-varying structure using synchronous extraction transform to obtain a first time spectrum, and determining a first filtering boundary based on the first time spectrum; ,
Specifically, embodiments of the present invention perform a time-frequency analysis on the initial signal (i.e., the first scheduled signal) using a synchronous extraction transform to extract only the time-frequency coefficients of the time spectrum at the instantaneous frequency locations. By extracting, a time spectrum can be extracted in which the energy is more concentrated. Processing the signal using a synchronous extraction transform first obtains the time spectrum of the signal by short-time Fourier transform, then uses information on this time spectrum to obtain the instantaneous frequency, and then combines with the Delta function. to construct a synchronous extraction operator, and finally an SEO operator is applied to the time spectrum obtained by the short-time Fourier transform to extract the signal time spectrum where the energy is more concentrated.
具体的には、ステップS101は、
S1011、第一のスケジュール信号に対して短時間フーリエ変換を行い、第二の時間スペクトルを得ることと、
S1012、第二の時間スペクトルに基づいて、第一のスケジュール信号の第二の瞬時周波数を推定して得ることと、
S1013、第二の瞬時周波数をdelta関数に結合し、同期抽出演算子SEOを構築し、同期抽出演算子SEOを第二の時間スペクトルに結合し、第一の時間スペクトルを得ることと、
S1014、第一の時間スペクトルにおける隣接成分の周波数値に基づいて計算を行い、第一のフィルタリング境界を決定することとを含む。
Specifically, step S101
S1011, performing a short-time Fourier transform on the first schedule signal to obtain a second time spectrum;
S1012, estimating and obtaining a second instantaneous frequency of the first schedule signal based on the second time spectrum;
S1013, combining the second instantaneous frequency with a delta function to construct a synchronous extraction operator SEO, combining the synchronous extraction operator SEO with a second time spectrum to obtain a first time spectrum;
S1014, performing calculations based on the frequency values of adjacent components in the first time spectrum to determine a first filtering boundary.
具体的には、本発明の実施例は、スケジュール信号x(t)を例にして、以下のように説明する。
Delta関数を結合することにより、同期抽出演算子SEOを構築し、第二の時間スペクトルにおける瞬時周波数付近の発散エネルギーを除去し、同期抽出変換後の第一の時間スペクトルを得る。具体的な公式は、以下のとおりである。 Constructing a synchronous extraction operator SEO by combining the Delta functions to remove the divergent energy around the instantaneous frequency in the second time spectrum to obtain the first time spectrum after synchronous extraction transformation. A specific formula is as follows.
理解できるように、同期抽出変換を経て得られた第一の時間スペクトルは、短時間フーリエ変換を経て得られた第二の時間スペクトルに比べて、精度がより高く、第一の時間スペクトルから信号成分の数がはっきり分かるようにし、後続のフィルタリングに用いられるフィルタリング境界を正確に決定することができる。 As can be seen, the first time spectrum obtained through the synchronous extraction transform is more accurate than the second time spectrum obtained through the short-time Fourier transform, and the signal The number of components can be made explicit and the filtering boundaries used for subsequent filtering can be accurately determined.
さらに、選択的な実施形態として、第一のフィルタリング境界は、
S102、第一のスケジュール信号に対してフーリエスペクトル分析を行い、第一の信号スペクトルを得、第一のフィルタリング境界に基づいて第一の信号スペクトルに対して分割を行い、若干のスペクトル片を得、
具体的には、初期の第一のスケジュール信号に対してフーリエスペクトル分析を行い、第一の信号スペクトルを得、その後、前のステップで得られたフィルタリング境界に基づいて原始信号スペクトルに対して分割を行い、N-1個の第一のフィルタリング境界が存在すれば、このフィルタリング境界及び0、πという二つの初期境界に基づいて、第一の信号スペクトルをN個の連続のスペクトル片に分割する。
S102, performing Fourier spectrum analysis on the first schedule signal to obtain a first signal spectrum, performing division on the first signal spectrum according to the first filtering boundary to obtain some spectral pieces; ,
Specifically, Fourier spectral analysis is performed on the initial first scheduled signal to obtain a first signal spectrum, which is then split on the original signal spectrum based on the filtering boundaries obtained in the previous step. and if there are N−1 first filtering boundaries, divide the first signal spectrum into N consecutive spectral pieces based on this filtering boundary and two
S103、スペクトル片と第一のフィルタリング境界に基づいて、第一のスケジュール信号に対して経験的ウェーブレット変換を行い、若干の固有モード成分を得、
具体的には、本発明の実施例は、経験的ウェーブレット変換に基づいて改善されたアルゴリズムを採用し、理解すべきことは、従来の経験的ウェーブレット変換が使用する基本関数は、信号特性に応じて自適応に生成され、自適応の点は、従来の周波数帯域分割方法に基づいてフィルタリング境界を決定した後、フィルタを構築することができるが、狭帯域信号及びノイズ環境が比較的小さい場合にのみ適用可能であることである。本発明の実施例は、それに対して改善を行い、フィルタリング境界は、同期抽出変換後の信号時間スペクトルによって計算決定され、次に、経験的ウェーブレット変換によってフィルタを構築してフィルタリングを行う。具体的には、決定されたフィルタリング境界に基づいて、経験的スケーリング関数と経験的ウェーブレット関数を構築し、この二つの関数からウェーブレット関数の近似係数と詳細係数を求めることができる。一方では、近似係数と詳細係数は、信号を再構成するために用いられてもよく、もう一方では、第一のスケジュール信号の固有モード成分を解くために用いられてもよい。
S103, performing an empirical wavelet transform on the first scheduled signal according to the spectral piece and the first filtering boundary to obtain some eigenmode components;
Specifically, embodiments of the present invention employ improved algorithms based on empirical wavelet transforms, and it should be understood that the basis functions used by conventional empirical wavelet transforms are , and the self-adaptive point can construct the filter after determining the filtering boundary based on the conventional frequency band division method, but when the narrowband signal and noise environment are relatively small, is only applicable. Embodiments of the present invention improve upon it, the filtering boundary is calculated by the signal time spectrum after the synchronous extraction transform, and then constructing the filter by the empirical wavelet transform to perform the filtering. Specifically, based on the determined filtering boundaries, an empirical scaling function and an empirical wavelet function can be constructed, and from these two functions approximate and detailed coefficients of the wavelet function can be obtained. On the one hand, the approximation coefficients and detail coefficients may be used to reconstruct the signal, and on the other hand to solve the eigenmode components of the first schedule signal.
具体的には、ステップS103は、
S1031、スペクトル片と第一のフィルタリング境界に基づいて、経験的ウェーブレット関数と経験的スケーリング関数を構築することと、
S1032、経験的ウェーブレット関数と経験的スケーリング関数に基づいて、詳細係数と近似係数を決定することと、
S1033、経験的ウェーブレット関数、経験的スケーリング関数、詳細係数及び近似係数に基づいて、第一のスケジュール信号に対して経験的ウェーブレット変換を行うことによって、第一のスケジュール信号に対して信号分解を行い、若干の固有モード成分を得ることとを含む。
Specifically, step S103
S1031, constructing an empirical wavelet function and an empirical scaling function based on the spectral piece and the first filtering boundary;
S1032, determining detailed coefficients and approximate coefficients based on the empirical wavelet function and the empirical scaling function;
S1033, performing signal decomposition on the first scheduled signal by performing an empirical wavelet transform on the first scheduled signal according to the empirical wavelet function, the empirical scaling function, the detail coefficients and the approximation coefficients; , obtaining some eigenmode components.
具体的には、ステップS101で得られたフィルタリング境界とステップS102で得られたスペクトル片を用いて経験的ウェーブレット関数
経験的ウェーブレット変換理論に基づいて、経験的ウェーブレット変換の詳細係数wx(n,t)と近似係数wx(0,t)は、次式によって得られ、
経験的ウェーブレット変換公式に基づいて、第一のスケジュール信号は、以下若干の固有モード成分に分解してもよく、
さらに、選択的な実施形態として、時変構造瞬時周波数決定方法は、
経験的ウェーブレット関数、経験的スケーリング関数、詳細係数及び近似係数に基づいて、第一のスケジュール信号に対して信号再構成を行い、再構成信号を得、出力することをさらに含む。
Further, as an optional embodiment, the time-varying structural instantaneous frequency determination method comprises:
Further comprising performing signal reconstruction on the first schedule signal based on the empirical wavelet function, the empirical scaling function, the detail coefficients and the approximation coefficients to obtain and output a reconstructed signal.
具体的には、信号x(t)の再構成信号y(t)は、以下のように表されてもよく、
本発明の実施例では、干渉の影響を除去するために、信号再構成を介して一部信号値を用いて第一のスケジュール信号に対して再構成を行い、後続の構造損傷の識別検出を容易にする。 In an embodiment of the present invention, reconstruction is performed on the first scheduled signal using partial signal values via signal reconstruction to remove the effects of interference, and subsequent differential detection of structural damage. make it easier.
S104、固有モード成分に対して復調を行い、各固有モード成分の第一の瞬時周波数を決定する。 S104, demodulate the eigenmode components to determine the first instantaneous frequency of each eigenmode component.
具体的には、得られた固有モード成分は、いずれも振幅変調-周波数変調形式であり、復調して瞬時周波数関数を得る必要がある。 Specifically, the obtained eigenmode components are all in the form of amplitude modulation-frequency modulation and need to be demodulated to obtain the instantaneous frequency function.
選択的に、ヒルベルト変換を用いて固有モード成分に対して復調を行い、各固有モード成分の瞬時周波数関数を得、さらに瞬時周波数関数に基づいて、各固有モード成分の第一の瞬時周波数を決定する。 Optionally, demodulate the eigenmode components using a Hilbert transform to obtain an instantaneous frequency function of each eigenmode component, and determine a first instantaneous frequency of each eigenmode component based on the instantaneous frequency function. do.
さらに、選択的な実施形態として、時変構造瞬時周波数決定方法は、
瞬時周波数関数に基づいて、第一の瞬時周波数変化発生の第一の時刻を決定し、第一の時刻を構造損傷時刻として出力することをさらに含む。
Further, as an optional embodiment, the time-varying structural instantaneous frequency determination method comprises:
Further comprising determining a first time of occurrence of the first instantaneous frequency change based on the instantaneous frequency function and outputting the first time as the structural damage time.
具体的には、上記得られた固有モード成分の瞬時周波数関数に基づいて、時変構造瞬時周波数変化発生の時刻、即ち、構造損傷発生の時刻を初歩的に観察することができ、後続で、Hilbert変換などの方法を結合して損傷指標を構築することができ、さらに構造の損傷位置と損傷程度を判断することができる。 Specifically, based on the instantaneous frequency function of the eigenmode component obtained above, the time of occurrence of time-varying structural instantaneous frequency change, that is, the time of occurrence of structural damage, can be rudimentarily observed. Methods such as the Hilbert transform can be combined to build a damage index and further determine the damage location and damage extent of the structure.
以上、本発明の方法ステップについて説明したが、以下、図面を結び付けながら、本発明の一つの具体的な実施例の実施フローについて説明する。 The method steps of the present invention have been described above, and the implementation flow of one specific embodiment of the present invention will now be described in conjunction with the drawings.
図2を参照して、本発明の実施例は、まず、第一のスケジュール信号に対して、同期抽出変換を用いて時間周波数分析を行い、エネルギーがより集中になる第一の時間スペクトルを得ることによって、信号成分の数を決定し、さらに第一のフィルタリング境界を決定する。同時に、第一のスケジュール信号に対してフーリエスペクトル分析を行い、第一の信号スペクトルを得、決定された第一のフィルタリング境界に基づいて第一の信号スペクトルに対して分割を行い、若干のスペクトル片を得、その後、得られたスペクトル片と第一のフィルタリング境界に基づいて、経験的スケーリング関数、経験的ウェーブレット関数を構築し、詳細係数と近似係数を決定し、次いで、経験的スケーリング関数、経験的ウェーブレット関数、詳細係数及び近似係数に基づいて、第一のスケジュール信号に対して信号分解を行い、若干の固有モード成分を得、同時に、信号再構成を行い、再構成信号を得、出力することもできる。さらに、得られた固有モード成分に対してヒルベルト変換を行い、各固有モード成分の瞬時周波数関数を得ることによって、各時刻における各固有モード成分の瞬時周波数を決定し、即ち、時変構造瞬時周波数の決定を完了する。 Referring to FIG. 2, the embodiment of the present invention first performs time-frequency analysis on the first schedule signal using synchronous extraction transform to obtain a first time spectrum with more concentrated energy. determines the number of signal components and also determines the first filtering boundary. Simultaneously, performing Fourier spectral analysis on the first scheduled signal to obtain a first signal spectrum, performing division on the first signal spectrum based on the determined first filtering boundary to obtain some spectra obtaining a piece, then constructing an empirical scaling function, an empirical wavelet function, determining detail coefficients and approximation coefficients, based on the obtained spectral piece and the first filtering boundary, then the empirical scaling function, Based on the empirical wavelet function, the detail coefficients and the approximation coefficients, perform signal decomposition on the first schedule signal to obtain some eigenmode components, at the same time perform signal reconstruction to obtain the reconstructed signal, and output You can also Furthermore, by performing a Hilbert transform on the obtained eigenmode components and obtaining an instantaneous frequency function of each eigenmode component, the instantaneous frequency of each eigenmode component at each time is determined, that is, the time-varying structural instantaneous frequency complete the determination of
理解すべきことは、従来技術は、経験的ウェーブレット変換(EWT)によって振動応答信号から直接各モードを抽出するが、経験的ウェーブレット変換によってフィルタを構築するときに使用されるフィルタリング境界は、通常のフーリエスペクトルに直接基づいて得られたものである。本発明の実施例は、精度がより良く、エネルギーがより集中になる時間スペクトルを取得し、この時間スペクトルに基づいて、フィルタの構造に用いられるフィルタリング境界をはっきり得ることができ、広周波数帯域、高ノイズ信号フィルタリング境界を決定するときに、位置決め不正確の状況を改善し、時変構造瞬時周波数の識別精度を向上させ、さらに時変構造損傷識別の正確度を向上させる。 It should be appreciated that the prior art extracts each mode directly from the vibration response signal by the empirical wavelet transform (EWT), but the filtering bounds used when constructing the filter by the empirical wavelet transform are the usual It was obtained based directly on the Fourier spectrum. Embodiments of the present invention obtain a time spectrum with better accuracy and more concentrated energy, based on this time spectrum, the filtering boundary used in the structure of the filter can be clearly obtained, wide frequency band, It improves the situation of positioning inaccuracy, improves the accuracy of identifying time-varying structure instantaneous frequencies, and improves the accuracy of time-varying structure damage identification when determining high noise signal filtering boundaries.
以下、具体的な実施例を結び付けながら、本発明の方法に対して説明及び信頼性検証を行う。理解すべきことは、本発明はこの実施例に限定されない。 Hereinafter, the method of the present invention will be described and verified for reliability by connecting specific examples. It should be understood that the invention is not limited to this example.
1)三つの周波数成分を含む原始信号を構築し、且つガウスホワイトノイズを添加し、SNR=10dB、三つの周波数成分は5Hz、25Hz、及び40Hzであった。 1) A primitive signal containing three frequency components was constructed and Gaussian white noise was added, SNR=10 dB, three frequency components were 5 Hz, 25 Hz and 40 Hz.
2)この原始信号に対して同期抽出変換を行い、同期抽出変換後の第一の時間スペクトルを得た。図5の(a)は、短時間フーリエ変換後に得られた第二の時間スペクトルを示し、(b)は、同期抽出変換後に得られた第一の時間スペクトルを示す。同期抽出変換後の時間スペクトルエネルギーはより集中になり、時間スペクトルクレスト線ははっきりであるが、第二の時間スペクトルは、明らかな周波数成分が示唆されているが、そのエネルギー拡散は深刻であり、更なる信号分析に不利であることが分かった。 2) A synchronous extraction transform was performed on this original signal to obtain a first time spectrum after synchronous extraction conversion. FIG. 5(a) shows the second time spectrum obtained after the short-time Fourier transform, and (b) shows the first time spectrum obtained after the synchronous extraction transform. The time spectrum energy after synchronous extraction transformation becomes more concentrated, the time spectrum crest line is clear, but the second time spectrum suggests obvious frequency components, but its energy spread is serious, It was found to be unfavorable for further signal analysis.
3)第一の時間スペクトルに対してクレスト線を抽出し、図6に示すように、第一の時間スペクトルの時間スペクトルクレスト線の概略図であり、この信号には3本の時間スペクトルクレスト線、即ち、三つの主周波数成分があることがはっきり分かった。3本の時間スペクトルクレスト線に基づいて、公式によって2本の第一のフィルタリング境界を求めることができ、それぞれ15.1875Hz及び32.7500Hzであった。 3) Extract crest lines for the first time spectrum, as shown in FIG. 6, which is a schematic diagram of the time spectrum crest lines of the first time spectrum, the signal has three time spectrum crest lines , that is, it is clearly seen that there are three main frequency components. Based on the three time-spectral crest lines, the formula allowed us to determine two first filtering boundaries, which were 15.1875 Hz and 32.7500 Hz, respectively.
4)原始信号に対してフーリエスペクトル分析を行い、得られた第一の信号スペクトルは、図7の(a)に示すとおりであり、3)で得られたフィルタリング境界に基づいて、第一の信号スペクトルに対して分割を行い、図8に示すように、初期境界0とπを加えて、合計4本の境界によって第一の信号スペクトルを三つのセグメントに分割した。
4) perform Fourier spectrum analysis on the original signal, the resulting first signal spectrum is shown in FIG. 7(a); A segmentation was performed on the signal spectrum to divide the first signal spectrum into three segments by a total of four boundaries, adding
5)第一のフィルタリング境界を用いて経験的ウェーブレット変換を介してフィルタ群を構築し、図9に示すように、原始信号を三つの固有モード成分に分類した。同時に、信号再構成を行い、この原始信号の再構成信号スペクトルを得、図7の(b)に示すように、再構成された信号スペクトルも三つのピークがはっきり得られるが、フーリエ分析によって得られた第一の信号スペクトルに比べて、干渉周波数は著しく減少し、即ち、信号が同期抽出変換された後、「ノイズ低減」効果があることが分かった。 5) A filter family was constructed via an empirical wavelet transform using the first filtering boundary to classify the original signal into three eigenmode components, as shown in FIG. At the same time, signal reconstruction is performed to obtain a reconstructed signal spectrum of the original signal. As shown in FIG. It has been found that the interference frequencies are significantly reduced compared to the first signal spectrum obtained, ie there is a "noise reduction" effect after the signal is synchronously extracted transformed.
6)三つ固有モード成分に対して、それぞれヒルベルト変換を行い、各固有モード成分の瞬時周波数を求め、図10に示すようなフィルタリングされた時間スペクトルを得た。三つの周波数成分がはっきり見られ、且つフィルタリングされた時間スペクトルは、第二の時間スペクトル及び第一の時間スペクトルよりもはっきりで、正確であった。三つの成分は、それぞれ5Hz、25Hz及び40Hzに囲繞して微小変動した。 6) The Hilbert transform was performed on each of the three eigenmode components, the instantaneous frequency of each eigenmode component was obtained, and a filtered time spectrum as shown in FIG. 10 was obtained. Three frequency components were clearly visible, and the filtered time spectrum was clearer and more accurate than the second time spectrum and the first time spectrum. The three components varied slightly around 5 Hz, 25 Hz and 40 Hz, respectively.
7)図11に示すように、第一の信号スペクトルを本発明の改善されたEWT法により抽出された三つの成分信号のスペクトルと比べて、ノイズの作用下であっても、本発明の改善されたEWT法は、良好な信号分解効果があることが分かった。 7) As shown in FIG. 11, comparing the first signal spectrum with the spectrum of the three component signals extracted by the improved EWT method of the present invention, the improvement of the present invention, even under the influence of noise. It was found that the proposed EWT method has a good signal resolution effect.
8)上述した方法により抽出された三つの固有モード成分は、構造瞬時周波数変化発生の時刻が構造損傷発生の時刻であることを初歩的に観察することができ、後続で、Hilbert変換などの方法を結合して損傷指標を構築することができ、さらに構造の損傷位置と損傷程度を判断することができる。 8) From the three eigenmode components extracted by the above method, it is possible to rudimentarily observe that the time of occurrence of instantaneous structural frequency change is the time of occurrence of structural damage. can be combined to construct a damage index, which can further determine the damage location and damage extent of the structure.
前述の説明から分かるように、本発明の実施例の方法を採用することにより、原始信号の周波数成分を正確に決定することができ、ノイズの干渉を回避し、ロバスト性が良く、成分フィルタリングが正確であり、後続の損傷識別により有利である。 As can be seen from the above description, by adopting the method of the embodiment of the present invention, the frequency components of the original signal can be accurately determined, the noise interference is avoided, the robustness is good, and the component filtering is good. Accurate and advantageous for subsequent damage identification.
図3を参照して、本発明の実施例は、時変構造瞬時周波数決定システムを提供する。このシステムは、
同期抽出変換を用いて時変構造の第一のスケジュール信号に対して時間周波数解析を行い、第一の時間スペクトルを得、第一の時間スペクトルに基づいて第一のフィルタリング境界を決定するためのフィルタリング境界決定モジュールと、
第一のスケジュール信号に対してフーリエスペクトル分析を行い、第一の信号スペクトルを得、第一のフィルタリング境界に基づいて第一の信号スペクトルに対して分割を行い、若干のスペクトル片を得るためのスペクトル分割モジュールと、
スペクトル片と第一のフィルタリング境界に基づいて、第一のスケジュール信号に対して経験的ウェーブレット変換を行い、若干の固有モード成分を得るための固有モード成分決定モジュールと、
固有モード成分に対して復調を行い、各固有モード成分の第一の瞬時周波数を決定するための瞬時周波数決定モジュールとを含む。
Referring to FIG. 3, an embodiment of the present invention provides a time-varying structural instantaneous frequency determination system. This system
performing a time-frequency analysis on the first scheduled signal of time-varying structure using a synchronous extraction transform to obtain a first time spectrum; and determining a first filtering boundary based on the first time spectrum. a filtering boundary determination module;
performing a Fourier spectral analysis on the first scheduled signal to obtain a first signal spectrum, performing a division on the first signal spectrum based on a first filtering boundary to obtain a number of spectral pieces; a spectral splitting module;
an eigenmode component determination module for performing an empirical wavelet transform on the first scheduled signal based on the spectral piece and the first filtering boundary to obtain a number of eigenmode components;
an instantaneous frequency determination module for performing demodulation on the eigenmode components and determining a first instantaneous frequency of each eigenmode component.
上記方法実施例における内容は、いずれも本システムの実施例に適用され、本システムの実施例によって具体的に実現する機能は、上記方法実施例と同じであり、且つ達成される有益効果も上記方法実施例によって達成される有益効果と同じである。 The contents in the above method embodiments are all applicable to the system embodiments, the functions specifically implemented by the system embodiments are the same as the above method embodiments, and the beneficial effects achieved are also the same as the above method embodiments. The same beneficial effect achieved by the method embodiment.
図4を参照して、本発明の実施例は、時変構造瞬時周波数決定装置を提供する。この装置は、
少なくとも一つのプロセッサと、
少なくとも一つのプログラムを格納するための少なくとも一つのメモリとを含み、
上記少なくとも一つのプログラムが上記少なくとも一つのプロセッサによって実行される時、上記少なくとも一つのプロセッサに上記時変構造瞬時周波数決定方法を実現させる。
Referring to FIG. 4, an embodiment of the present invention provides a time-varying structural instantaneous frequency determination device. This device
at least one processor;
at least one memory for storing at least one program;
When the at least one program is executed by the at least one processor, it causes the at least one processor to implement the time-varying structural instantaneous frequency determination method.
上記方法実施例における内容は、いずれも本装置の実施例に適用され、本装置の実施例によって具体的に実現する機能は、上記方法実施例と同じであり、且つ達成される有益効果も上記方法実施例によって達成される有益効果と同じである。 The contents in the above method embodiments are all applicable to the present apparatus embodiments, the functions specifically implemented by the present apparatus embodiments are the same as those in the above method embodiments, and the beneficial effects achieved are also the same as the above method embodiments. The same beneficial effect achieved by the method embodiment.
本発明の実施例は、プロセッサ実行可能なプログラムが記憶されるコンピュータ可読記憶媒体をさらに提供する。このプロセッサ実行可能なプログラムがプロセッサによって実行される時、上記時変構造瞬時周波数決定方法を実現させる。 Embodiments of the invention further provide a computer-readable storage medium on which a processor-executable program is stored. When this processor-executable program is executed by the processor, it implements the time-varying structure instantaneous frequency determination method.
本発明の実施例のコンピュータ可読記憶媒体は、本発明の方法実施例による時変構造瞬時周波数決定方法を実行することができ、方法実施例の任意の組み合わせ実施ステップを実行することができ、この方法に対応する機能及び有益効果を有する。 The computer-readable storage medium of the embodiments of the present invention is capable of executing the time-varying structural instantaneous frequency determination method according to the method embodiments of the present invention, and is capable of executing any combination of implementation steps of the method embodiments; It has functions and beneficial effects corresponding to the method.
本発明の実施例は、コンピュータプログラム製品又はコンピュータプログラムをさらに開示する。このコンピュータプログラム製品又はコンピュータプログラムは、コンピュータ命令を含み、このコンピュータ命令は、コンピュータ可読記憶媒体に記憶される。コンピュータ機器のプロセッサは、コンピュータ可読記憶媒体からコンピュータ命令を読み出し得る。プロセッサは、このコンピュータ命令を実行して、それにより、このコンピュータ機器が図1に示す方法を実行させる。 Embodiments of the present invention further disclose a computer program product or computer program. The computer program product or computer program comprises computer instructions stored on a computer readable storage medium. A processor of a computer device may read computer instructions from a computer-readable storage medium. The processor executes the computer instructions, thereby causing the computer equipment to perform the method shown in FIG.
いくつかの選択的な実施例では、ブロック図に規定された機能/動作は、動作図に規定された順序で実行される必要はない。例えば、関連する機能/動作に応じて、連続して示される二つのブロックは実際に、大体同時に実行されてもよく、又は上記ブロックは、逆順序で実行される場合もある。また、本発明のフローチャートに開示及び説明される実施例は、技術をより完全に理解することを目的として例の方式で提供される。ここで開示された方法は、本明細書で開示される動作と論理フローに限定されない。選択的な実施例は、想定可能なものであり、そのうち、様々な動作の順序が変更され、及びそのうちの比較的大きな動作の一部として記述されたサブ動作が独立して実行される。 In some alternative implementations, the functions/acts noted in the block diagrams need not occur in the order noted in the operational illustrations. For example, two blocks shown in succession may actually be executed more or less concurrently, or the blocks may be executed in the reverse order, depending on the functionality/acts involved. Also, the embodiments disclosed and described in the flow charts of the present invention are provided in an example manner for the purpose of a more thorough understanding of the technology. The methods disclosed herein are not limited to the acts and logic flows disclosed herein. Alternative embodiments are envisioned in which various operations are reordered and sub-operations described as part of a larger operation are independently performed.
また、機能モジュールの背景で本発明について説明したが、理解すべきことは、逆意味説明がない限り、上記機能及び/又は特徴のうちの一つ又は複数は、単一の物理デバイス及び/又はソフトウェアモジュールに集積されてもよく、又は一つ又は複数の機能及び/又は特徴は、単独の物理デバイス又はソフトウェアモジュールにおいて実現されてもよい。さらに、理解すべきことは、各モジュールの実際実現に関する詳細な討論は、本発明を理解するための必要なものではない。より適切に言えば、本明細書で開示される装置における様々な機能モジュールの属性、機能及び内部関係を考慮すると、このモジュールの実際実現は、エンジニアの従来技術内で理解されるであろう。このため、当業者は、一般的な技術を用いて過度な試験を必要とせずに、特許請求の範囲に記載の本発明を実現することができる。さらに、理解できるように、開示された特定の概念は、例示的なものにすぎず、本発明の範囲を限定することは意図されない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びそれらの同等の方案のすべての範囲によって決定される。 Also, while the invention has been described in the context of functional modules, it should be understood that, unless indicated to the contrary, one or more of the above functions and/or features may be implemented in a single physical device and/or It may be integrated into software modules, or one or more functions and/or features may be implemented in a single physical device or software module. Moreover, it should be understood that a detailed discussion of the actual implementation of each module is not necessary for understanding the invention. Rather, given the attributes, functions and interrelationships of the various functional modules in the apparatus disclosed herein, the actual implementation of the modules will be understood within the prior art of engineers. Thus, those skilled in the art will be able to implement the claimed invention using common techniques and without the need for undue experimentation. Further, it should be understood that the specific concepts disclosed are exemplary only and are not intended to limit the scope of the invention. The scope of the invention is determined by the appended claims and their full scope of equivalents.
上記機能は、ソフトウェア機能ユニットの形式で実現され、且つ独立した製品として販売又は使用される場合、一つのコンピュータ可読記憶媒体に記憶されてもよい。このような理解を踏まえて、本発明の技術案は、実質には、又は従来技術に寄与した部分、又はこの技術案の一部は、ソフトウェア製品の形式によって表われてもよい。このコンピュータソフトウェア製品は、一つの記憶媒体に記憶され、一台のコンピュータ機器(パソコン、サーバ、又はネットワーク機器などであってもよい)に本発明の各実施例に記載の方法の全部又は一部のステップを実行させるための若干の指令を含む。上記記憶媒体は、Uディスク、リムーバブルハードディスク、読み取り専用メモリ(ROM、Read-Only Memory)、ランダムアクセスメモリ(RAM、Random Access Memory)、磁気ディスク又は光ディスク等の様々なプログラムコードを記憶可能な媒体を含む。 The functions described above may be implemented in the form of software functional units and stored on a single computer-readable storage medium when sold or used as an independent product. Based on such an understanding, the technical solution of the present invention may be realized in the form of a software product in substance, or a part that contributes to the prior art, or a part of this technical solution. This computer software product is stored in one storage medium, and all or part of the method described in each embodiment of the present invention can be implemented in one computer device (which may be a personal computer, a server, or a network device). contains some instructions to cause the steps of The above storage media include media capable of storing various program codes such as U disk, removable hard disk, read-only memory (ROM), random access memory (RAM), magnetic disk or optical disk. include.
フローチャートで表示されているか、又はここで他の方法で記述されている論理及び/又はステップは、例えば、論理機能を実現するための実行可能な命令の順序リストと考えてもよく、命令実行システム、装置又は機器(例えば、コンピュータに基づくシステム、プロセッサを備えるシステム又は命令実行システム、装置又は機器から命令を取得して実行することができる他のシステム)に用いられるために、任意のコンピュータ可読媒体において具体的に実現されてもよく、又は、これらの命令実行システム、装置又は機器に組み合わせて用いられる。本明細書では、「コンピュータ可読媒体」は、命令実行システム、装置又は機器、又はこれらの命令実行システム、装置又は機器に組み合わせて用いられるために、プログラムを格納、記憶、通信、伝送又は送信することができる任意の装置であってもよい。 The logic and/or steps represented in a flow chart or otherwise described herein may be considered, for example, an ordered list of executable instructions for implementing the logic function, and may be considered an instruction execution system. , any computer-readable medium for use in a device or apparatus (e.g., a computer-based system, a system comprising a processor or an instruction execution system, or other system capable of obtaining and executing instructions from the apparatus or apparatus) or may be used in combination with these instruction execution systems, devices or devices. As used herein, a "computer-readable medium" stores, stores, communicates, transmits, or transmits a program for use in combination with an instruction execution system, device, or device, or with these instruction execution systems, devices, or devices. It may be any device capable of
コンピュータ可読媒体のより具体的な例(非網羅的リスト)は、以下のものを含む。一つ以上の配線を有する電気接続部(電子機器)、携帯型コンピュータディスクボックス(磁気機器)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読み取り専用メモリ(ROM)、削除可能編集可能読み取り専用メモリ(EPROM又はフラッシュメモリ)、光ファイバ装置、及び携帯型読み取り専用メモリ(CDROM)。また、コンピュータ可読媒体は、例えば、紙又は他の適切な媒体を光学的スキャンし、次いで編集、解釈、又は必要に応じて他の適切な方法で処理することによって、電子的方式でプログラムを取得し、その後、コンピュータメモリに記憶することができるので、プログラムを印刷することができる紙又は他の適切な媒体であってもよい。 More specific examples (non-exhaustive list) of computer-readable media include the following. Electrical connections with one or more wires (electronic equipment), portable computer disk boxes (magnetic equipment), random access memory (RAM), read-only memory (ROM), erasable editable read-only memory (EPROM or flash) memory), fiber optic devices, and portable read-only memory (CDROM). A computer readable medium also means that a program is obtained electronically, for example, by optically scanning paper or other suitable medium and then compiling, interpreting, or processing in other suitable manner as desired. It may also be paper or other suitable medium on which the program can be printed, as it can then be stored in computer memory.
理解すべきことは、本発明の各部分は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はそれらの組み合わせで実現されてもよい。上記実施形態では、複数のステップ又は方法は、メモリに格納され、適切な命令実行システムによって実行されるソフトウェア又はファームウェアで実現されてもよい。例えば、ハードウェアで実現される場合には、別の実施形態と同様に、データ信号に対して論理機能を実装するための論理ゲート回路を有する離散論理回路、適切な組み合わせ論理ゲート回路を有する特定用途向け集積回路、プログラマブルゲートアレイ(PGA)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)などの当技術分野でよく知られている技術のうちのいずれか1つ又はそれらの組み合わせで実現することができる。 It should be understood that portions of the present invention may be implemented in hardware, software, firmware, or any combination thereof. In the above embodiments, steps or methods may be implemented in software or firmware stored in memory and executed by a suitable instruction execution system. For example, when implemented in hardware, discrete logic circuitry with logic gate circuitry for implementing logic functions on data signals, specific logic circuitry with suitable combinatorial logic gate circuitry, as well as other embodiments. It can be implemented in any one or combination of technologies well known in the art such as application-specific integrated circuits, programmable gate arrays (PGA), field programmable gate arrays (FPGA).
本明細書の上記説明において、「一つの実施形態/実施例」、「別の実施形態/実施例」又は「なんらかの実施形態/実施例」などの用語を参照した説明は、この実施例又は例と組み合わせて説明されている具体的な特徴、構造、材料又は特性が本発明の少なくとも一つの実施例又は例に含まれることを意味する。本明細書において、上記用語の例示的な表現は、必ずしも同じ実施例又は例を意味するわけではない。さらに、説明された特定の特徴、構造、材料又は特性は、任意の一つ又は複数の実施例又は例においては適切な組み合わせで一体化されていてもよい。 In the above description of this specification, descriptions that refer to terms such as “one embodiment/example,” “another embodiment/example,” or “any of the embodiments/examples” refer to this embodiment or example. is meant to be included in at least one embodiment or example of the invention. As used herein, the exemplary expressions of the terms do not necessarily refer to the same embodiment or example. Moreover, the particular features, structures, materials or characteristics described may be combined in any suitable combination in any one or more embodiments or examples.
なお、本発明の実施形態を例示して説明したが、当業者であれば理解できるように、本発明の原理及び趣旨から逸脱することなく、これらの実施形態に対して様々な変更、修正、置換や変形を行うことができ、本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等物により定義される。 Although embodiments of the present invention have been illustrated and described, it will be appreciated by those skilled in the art that various changes, modifications, and alterations may be made to these embodiments without departing from the principles and spirit of the invention. Substitutions and modifications may be made, and the scope of the invention is defined by the claims and their equivalents.
以上、本発明の好適な実施例について具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の技術的思想内で様々な同等の変形又は置換を行うことができ、これらの同等の変形又は置換は、いずれも本出願の特許請求の範囲内に含まれる。 Although the preferred embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above embodiments. or substitutions may be made, all of which are within the scope of the claims of this application.
Claims (9)
同期抽出変換を用いて時変構造の第一のスケジュール信号に対して時間周波数解析を行い、第一の時間スペクトルを得、前記第一の時間スペクトルに基づいて第一のフィルタリング境界を決定することと、
前記第一のスケジュール信号に対してフーリエスペクトル分析を行い、第一の信号スペクトルを得、前記第一のフィルタリング境界に基づいて前記第一の信号スペクトルに対して分割を行い、複数のスペクトル片を得ることと、
前記スペクトル片と前記第一のフィルタリング境界に基づいて、前記第一のスケジュール信号に対して経験的ウェーブレット変換を行い、複数の固有モード成分を得ることと、
前記固有モード成分に対して復調を行い、各前記固有モード成分の第一の瞬時周波数を決定することとを含み、
前述した、同期抽出変換を用いて時変構造の第一のスケジュール信号に対して時間周波数解析を行い、第一の時間スペクトルを得、前記第一の時間スペクトルに基づいて第一のフィルタリング境界を決定することは、
前記第一のスケジュール信号に対して短時間フーリエ変換を行い、第二の時間スペクトルを得ることと、
前記第二の時間スペクトルに基づいて、前記第一のスケジュール信号の第二の瞬時周波数を推定して得ることと、
前記第二の瞬時周波数をdelta関数に結合し、同期抽出演算子SEOを構築し、前記同期抽出演算子SEOを前記第二の時間スペクトルに結合し、前記第一の時間スペクトルを得ることと、
前記第一の時間スペクトルにおける隣接成分の周波数値に基づいて計算を行い、前記第一のフィルタリング境界を決定することとを含むことにより、ノイズの干渉を回避し、前記第一のフィルタリング境界をより正確に取得することができる、ことを特徴とする時変構造瞬時周波数決定方法。 A time-varying structural instantaneous frequency determination method comprising:
Performing a time-frequency analysis on a first scheduled signal of time-varying structure using a synchronous extraction transform to obtain a first time spectrum, and determining a first filtering boundary based on the first time spectrum. When,
performing Fourier spectral analysis on the first scheduled signal to obtain a first signal spectrum; performing division on the first signal spectrum based on the first filtering boundary to obtain a plurality of spectral pieces; to get and
performing an empirical wavelet transform on the first scheduled signal based on the spectral piece and the first filtering boundary to obtain a plurality of eigenmode components;
performing demodulation on the eigenmode components to determine a first instantaneous frequency of each eigenmode component ;
Performing a time-frequency analysis on the first scheduled signal with time-varying structure using the synchronous extraction transform described above to obtain a first time spectrum, and determining a first filtering boundary based on the first time spectrum. to decide
performing a short-time Fourier transform on the first schedule signal to obtain a second time spectrum;
estimating a second instantaneous frequency of the first schedule signal based on the second time spectrum;
combining the second instantaneous frequency with a delta function to construct a synchronous extraction operator SEO, and combining the synchronous extraction operator SEO with the second time spectrum to obtain the first time spectrum;
performing calculations based on frequency values of adjacent components in the first time spectrum to determine the first filtering boundary to avoid noise interference and to narrow the first filtering boundary. A time-varying structure instantaneous frequency determination method characterized in that it can be obtained accurately .
そのうち、
Among them
前記スペクトル片と前記第一のフィルタリング境界に基づいて、経験的ウェーブレット関数と経験的スケーリング関数を構築することと、
前記経験的ウェーブレット関数と前記経験的スケーリング関数に基づいて、詳細係数と近似係数を決定することと、
前記経験的ウェーブレット関数、前記経験的スケーリング関数、前記詳細係数及び前記近似係数に基づいて、前記第一のスケジュール信号に対して経験的ウェーブレット変換を行うことによって、前記第一のスケジュール信号に対して信号分解を行い、複数の固有モード成分を得ることとを含む、ことを特徴とする請求項1に記載の時変構造瞬時周波数決定方法。 Specifically, performing an empirical wavelet transform on the first scheduled signal to obtain a plurality of eigenmode components based on the spectral piece and the first filtering boundary, as described above, specifically includes:
constructing an empirical wavelet function and an empirical scaling function based on the spectral piece and the first filtering boundary;
determining detail coefficients and approximation coefficients based on the empirical wavelet function and the empirical scaling function;
on the first scheduled signal by performing an empirical wavelet transform on the first scheduled signal based on the empirical wavelet function, the empirical scaling function, the detail coefficients and the approximation coefficients; performing signal decomposition to obtain a plurality of eigenmode components.
前記経験的ウェーブレット関数、前記経験的スケーリング関数、前記詳細係数及び前記近似係数に基づいて、前記第一のスケジュール信号に対して信号再構成を行い、再構成信号を得、出力することをさらに含む、ことを特徴とする請求項3に記載の時変構造瞬時周波数決定方法。 The time-varying structure instantaneous frequency determination method includes:
further comprising performing signal reconstruction on the first schedule signal based on the empirical wavelet function, the empirical scaling function, the detail coefficients and the approximation coefficients to obtain and output a reconstructed signal. 4. The time-varying structural instantaneous frequency determination method according to claim 3 , characterized by:
ヒルベルト変換を用いて前記固有モード成分に対して復調を行い、各前記固有モード成分の瞬時周波数関数を得、さらに前記瞬時周波数関数に基づいて、各前記固有モード成分の第一の瞬時周波数を決定することである、ことを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の時変構造瞬時周波数決定方法。 Specifically, performing demodulation on the eigenmode components and determining the first instantaneous frequency of each eigenmode component as described above includes:
demodulating the eigenmode components using a Hilbert transform to obtain an instantaneous frequency function of each eigenmode component; and determining a first instantaneous frequency of each eigenmode component based on the instantaneous frequency function. The time-varying structure instantaneous frequency determination method according to any one of claims 1 to 4 , characterized in that:
前記瞬時周波数関数に基づいて、前記第一の瞬時周波数変化発生の第一の時刻を決定し、前記第一の時刻を構造損傷時刻として出力することをさらに含む、ことを特徴とする請求項5に記載の時変構造瞬時周波数決定方法。 The time-varying structure instantaneous frequency determination method includes:
6. Further comprising determining a first time of occurrence of said first instantaneous frequency change based on said instantaneous frequency function, and outputting said first time as a structural damage time. The time-varying structural instantaneous frequency determination method according to .
同期抽出変換を用いて時変構造の第一のスケジュール信号に対して時間周波数解析を行い、第一の時間スペクトルを得、前記第一の時間スペクトルに基づいて第一のフィルタリング境界を決定するためのフィルタリング境界決定モジュールと、
前記第一のスケジュール信号に対してフーリエスペクトル分析を行い、第一の信号スペクトルを得、前記第一のフィルタリング境界に基づいて前記第一の信号スペクトルに対して分割を行い、複数のスペクトル片を得るためのスペクトル分割モジュールと、
前記スペクトル片と前記第一のフィルタリング境界に基づいて、前記第一のスケジュール信号に対して経験的ウェーブレット変換を行い、複数の固有モード成分を得るための固有モード成分決定モジュールと、
前記固有モード成分に対して復調を行い、各前記固有モード成分の第一の瞬時周波数を決定するための瞬時周波数決定モジュールとを含み、
前記フィルタリング境界決定モジュールは、
前記第一のスケジュール信号に対して短時間フーリエ変換を行い、第二の時間スペクトルを得て、
前記第二の時間スペクトルに基づいて、前記第一のスケジュール信号の第二の瞬時周波数を推定して得て、
前記第二の瞬時周波数をdelta関数に結合し、同期抽出演算子SEOを構築し、前記同期抽出演算子SEOを前記第二の時間スペクトルに結合し、前記第一の時間スペクトルを得て、
前記第一の時間スペクトルにおける隣接成分の周波数値に基づいて計算を行い、前記第一のフィルタリング境界を決定することにより、ノイズの干渉を回避し、前記第一のフィルタリング境界をより正確に取得することができる、ことを特徴とする時変構造瞬時周波数決定システム。 A time-varying structural instantaneous frequency determination system comprising:
to perform a time-frequency analysis on a first scheduled signal of time-varying structure using a synchronous extraction transform to obtain a first time spectrum, and to determine a first filtering boundary based on the first time spectrum; a filtering boundary determination module of
performing Fourier spectral analysis on the first scheduled signal to obtain a first signal spectrum; performing division on the first signal spectrum based on the first filtering boundary to obtain a plurality of spectral pieces; a spectral splitting module for obtaining
an eigenmode component determination module for performing an empirical wavelet transform on the first scheduled signal based on the spectral piece and the first filtering boundary to obtain a plurality of eigenmode components;
an instantaneous frequency determination module for performing demodulation on the eigenmode components to determine a first instantaneous frequency of each of the eigenmode components;
The filtering boundary determination module comprises:
performing a short-time Fourier transform on the first schedule signal to obtain a second time spectrum;
estimating a second instantaneous frequency of the first schedule signal based on the second time spectrum;
combining the second instantaneous frequency with a delta function to construct a synchronous extraction operator SEO; combining the synchronous extraction operator SEO with the second time spectrum to obtain the first time spectrum;
calculating based on the frequency values of adjacent components in the first time spectrum to determine the first filtering boundary to avoid noise interference and obtain the first filtering boundary more accurately; A time-varying structural instantaneous frequency determination system characterized by:
少なくとも一つのプロセッサと、
少なくとも一つのプログラムを格納するための少なくとも一つのメモリとを含み、
前記少なくとも一つのプログラムが前記少なくとも一つのプロセッサによって実行される時、前記少なくとも一つのプロセッサに請求項1~6のいずれか1項に記載の時変構造瞬時周波数決定方法を実現させる、ことを特徴とする時変構造瞬時周波数決定装置。 A time-varying structure instantaneous frequency determination device, comprising:
at least one processor;
at least one memory for storing at least one program;
The at least one program, when executed by the at least one processor, causes the at least one processor to implement the time-varying structure instantaneous frequency determination method according to any one of claims 1 to 6 . and the time-varying structure instantaneous frequency determination device.
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