一种基于迭代自适应多尺度形态分析的滤波方法

摘要

本发明公开了一种基于迭代自适应多尺度形态分析的滤波方法，其内容包括：进行一次自适应多尺度形态分析滤波之后，对上一次滤波结果采用自适应方法确定新的结构元素尺度范围，并用新确定的尺度范围对原始信号进行多尺度形态滤波，迭代上述过程，直到自适应方法所确定的结构元素尺度范围稳定为止，最后对各尺度结果取平均值作为最终结果。本发明基于迭代自适应多尺度形态分析的滤波方法，对自适应多尺度形态分析方法进行了迭代使用，可在强噪声背景及采样频率较高时，仍能有效抑制噪声、谐波等的干扰，清晰提取故障特征，获得理想滤波结果。它弥补了自适应多尺度形态分析的不足，丰富了形态滤波的理论方法。

主权项

一种基于迭代自适应多尺度形态分析的滤波方法，其特征在于：该方法内容包括如下步骤：步骤一选择结构元素形状根据不同形状结构元素对信号滤波结果的影响以及信号滤波的目的，选择合适的结构元素形状；通常结构元素长度值取为奇数，以便将其中点设为原点，从而保证结构元素的对称性；常用的结构元素形状有三角型、半圆型、扁平型，其中三角型结构元素适合滤除脉冲信号的干扰，半圆型结构元素适合滤除随机噪声的干扰，扁平型结构元素通常取其高度值为零，只需对长度值进行选择，更为简便、易于实现；步骤二自适应多尺度形态分析对原始信号进行自适应多尺度形态分析滤波，首先对采集的离散状态信号进行零均值化处理，找出零均值化处理后的离散信号中所有正峰值点，然后根据各个正峰值点所在水平轴位置，可以得到各个相邻正峰值点的间隔，根据相邻正峰值间隔的最小值和最大值确定结构元素长度尺度范围；之后根据各个正峰值点所在竖直轴位置，按照长度小尺度对应高度小尺度和长度大尺度对应高度大尺度的原则设定的运算，可以计算得到结构元素各个长度尺度对应的高度尺度，从而确定各尺度结构元素形状；最后分别计算各尺度结构元素的形态学滤波结果，并把各尺度形态学滤波结果的平均值作为AMMA方法的输出结果；步骤三迭代使用自适应多尺度形态分析对上一次滤波结果采用自适应方法确定新的结构元素尺度范围，并用新确定的尺度范围对原始信号进行多尺度形态滤波，迭代上述过程；按自适应方法选定结构元素尺度范围对信号进行多尺度差值滤波，每次滤波都会对信号中的噪声成分进行滤除，同时提取冲击成分；这样每次迭代过程中，噪声峰值逐渐减少，选取的结构元素尺度逐渐增大，形态差值滤波去除噪声的能力逐渐加强，最终形态差值滤波将信号中的噪声大部分有效滤除；此时选取的结构元素最大尺度趋于稳定，自适应过程结束；由此自适应选取的相邻正峰值间的间隔更多的是故障冲击信号相邻正峰值间的间隔，是更为合理的间隔长度；依据此间隔长度得到的结构元素尺度范围更加合适，从而可以得到更为理想的信号滤波结果；步骤四终止判断判断迭代过程终止的条件为：自适应方法所确定的结构元素尺度最大值连续三次相同；判断步骤三中每次采用自适应方法确定的新的结构元素尺度最大值是否变化，若自适应方法确定的新的结构元素尺度最大值连续三次相同，迭代过程结束；步骤五计算迭代自适应多尺度形态分析结果计算各尺度下差值滤波结果的平均值，以该值作为基于迭代自适应多尺度形态分析滤波方法处理信号的最终结果；各尺度下差值滤波结果分别反映出信号在不同尺度下的特征信息，而携带机械设备故障信息的冲击成分存在于每一个尺度中，因此将所得的各尺度下的结果序列取平均值作为IAMMA方法的最终结果，可以更全面地反映信号的特征信息，并且突出其冲击成分，有效滤除噪声影响。