基于小波阈值去噪与HHT滚动轴承故障诊断

针对噪音比较强烈环境下的故障诊断问题,提出了一种小波阈值去噪与希尔伯特黄变换(HHT)相结合提取轴承信号故障的方法。首先采集滚动轴承在运作时的振动信号,选取合适的小波阈值对采集到的时域信号进行去噪处理。采用HHT对信号进行时频分析,将去噪信号分解为若干个固有模态函数分量(IMF)并对其进行希尔伯特变换(HT),最终从希尔伯特边际谱得到故障频率从而判定轴承是否发生故障。试验结果表明,上述方法可以有效地降低噪声信号对HHT对轴承故障诊断的影响,更好的保留了有用的信息,提高故障诊断的准确性和可靠性。

爆破震动信号的小波分析与HHT变换

以实测的爆破震动信号为例,分别应用小波分析和HHT(Hilbert-Huang Transform)变换从不同方面进行对比分析,讨论了爆破震动信号的特征提取和时频分布。结果表明:小波分析和HHT变换都是处理非平稳信号的两种好方法,都能很好地提取信号的主要特征信息和进行滤波、消噪。然而,小波分析存在选择小波基的困难,而HHT变换不需要预先选择基函数,其EMD(empirical mode decomposition)得到的IMF(intrinsic mode function)能反映原始信号的固有特性,通常具有实际物理意义;小波谱的能量在频率范围内分布较宽,而Hilbert能量谱能清晰地表明能量随时频的具体分布,大部分能量都集中在有限的能量谱线上;小波分析中时间、频率分辨率受Heisenberg测不准原理的限制,而HHT变换中时间分辨率不变且精度很高,其频率分辨率则可随信号内在的特性进行自适应调节。分析表明:HHT变换在分析非平稳信号时较小波分析更具适应性,在岩石中波的传播、衰减规律、结构动态响应特征和爆破震动破坏等研究中有着广阔的应用前景。

水力发电机组振动故障诊断系统中的信号预处理

振动信号的预处理 ,对于水力发电机组振动故障诊断系统而言是至关重要的。水力机组的振动复杂 ,有机械振动、水力振动、电气振动等。振动信号呈现出非线性、非平稳性。本文应用小波分析这一数学“显微镜”来对振动信号进行预处理 ,并对信号的小波采样 ,信号去噪从理论上进行了研究。

基于风帽压力波动的一次风表观气速对循环流化床气固流态化特征影响的研究

提出利用采集、分析风帽压力波动信号的方法,实现对循环流化床内气固两相流状态的监测。借助冷态循环流化床实验台,在不同一次风表观气速条件下,测量了床内中心位置风帽的入口压力波动信号、床内沿高度方向相临测压点的差压信号以及系统的颗粒循环流率。采用小波分析、均匀指数和能量加权平均频率等方法对风帽压力波动信号进行分析,得到信号的特征参数。利用床内沿高度方向相临测压点的差压信号计算床内不同位置的截面平均颗粒浓度。然后基于压力信号特征参数、截面平均颗粒浓度和系统的颗粒循环流率等,研究了一次风表观气速对循环流化床内气固流态化特征的影响。结果发现,风帽压力信号特征参数能够反映循环流化床一次风表观气速变化引起的气固流动状态变化,表明所提方法具有可行性。

黄河中上游流域夏季异常降水的变化特征及环流分析

从中国气象局信息中心提供的全国地面台站逐日观测资料中选取黄河中上游流域66个台站资料,结合NCEP/NCAR再分析资料,运用小波分析等统计方法,对黄河中上游流域夏季降水异常的变化特征、周期分布及影响降水的因子进行分析,研究结果表明:(1)流域旱涝年夏季降水空间分布上差异显著,易涝区位于河套平原,易旱区位于黄土高原东北部;(2)1960-2008年,流域夏季降水量线性趋势变化不明显,但年际间波动较大,多雨年少雨年相间出现,近50 a中降水整体呈现平稳—少雨—多雨—平稳—多雨—少雨的过程;(3)黄河中上游流域降水变化周期复杂多样,总体以2 a周期振荡为主,异常少雨年多表现为9 a周期振荡,异常多雨年多表现为15 a周期振荡,且流域主周期的空间分布可能与地形地貌、海拔高度及流域分布等地理因素有关;(4)丰、枯雨年环流形式差异显著,影响流域降水的环流系统有季风,西太平洋副高,温带气旋及贝加尔湖低压。

无人飞行器超低延时高速并行图像压缩系统

针对无人飞行器测控系统对图像压缩技术在超低延时与高速编码方面的特殊需求,研究并设计了一种全硬件并行图像压缩系统,该系统采用基于小波分析理论联合零游程编码与指数哥伦布编码技术完成对信源数据的压缩。利用小波分析去除像素相关性,引入最优量化方式,采用零游程编码结合指数哥伦布编码去除像素概率冗余。算法在现场可编程门阵列(FPGA)中设计了一种并行处理模式,使得图像采集、变换与各个小波子代系数编码近似同步进行。实验结果表明,该压缩系统在型号为XILINX-VIRTEX-5-XC5VSX50T器件中可以同时满足4路分辨率为2 048pixel×2 048pixel×12bit高清图像压缩,单路数据吞吐量达280Mpixel/s;针对1 024pixel×768piexl格式图像编解码传输,延时低于100ms。

考虑负荷周期性和变化率的短期电价预测

为了提高电价预测精确度以提高其实用价值,在电价预测模型中引入负荷周期性和变化率因素。根据负荷对电价的影响建立基于系统负荷的短期电价预测模型,使用小波分解对负荷和电价数据进行分析处理,采用神经网络的预测方法对短期市场清算电价进行预测。考虑负荷和电价的周期特性,在预测模型输入侧增加了负荷的周期性因素。考虑负荷剧变引起的电价变化,定义综合负荷变化率影响因素并加入模型输入侧来提高预测精确度。预测实例采用实际负荷值为输入,其结果表明引入负荷周期特性和综合负荷变化率因素后预测相对预测误差和单点最大预测误差分别降低35%和28%,有效地提高了模型的预测精确度。

一种改进的基于奇异值扰动的单样本人脸识别方法

针对单训练样本情况下人脸识别性能不佳的问题,本文提出了一种改进的基于奇异值扰动的人脸识别方法。首先通过奇异值扰动方法扩展人脸样本,然后运用小波变换压缩扩展样本,选择小波变换分解后的低频分量作为子图像,再采用核主成分分析提取人脸的高阶特征,最后根据最近邻分类器分类。在ORL和Yale数据库上的仿真实验证明了本文方法的识别性能优于对比方法。

仪器和测量技术中的DSP

从频谱分析出发,综合介绍了现代数字信号处理(DSP)技术及其特点,并重点介绍了小波变换分析等内容。

小波变换在时间序列特征提取中的应用

时间序列的数学特征主要包括随机项、周期项以及趋势项。针对变形监测等测绘领域中如何对时间序列进行特征提取并进行分析与预测等重要问题,提出一种基于多尺度分析的小波变换方法。首先选取合适的小波基函数、分解层次等参数,其次将待分析的时间序列分解成低频和高频两部分,最后将分解后的时间序列投射到不同尺度上,从而可以提取所需要的有用信息。研究结果表明,基于多尺度分析的小波变换方法能够有效对时间序列进行特征提取,分析出其中的随机项、周期项、趋势项等信息,可以用于GPS变形监测等工程实际中。

近400年来北太平洋年代际振荡变化

利用东亚地区高分辨率的气候代用指标，通过双重检验的逐步回归方法和小波分析等方法，重建了近400年来的北太平洋年代际振荡指数，并分析了其周期的演变特征。结果表明，近400年来北太平洋年代际振荡指数具有准20年和准50~70年的变化周期。其中1570-1740年代以准70年周期变化为主，1750-1840年代准20年的周期明显，1850年代后准50~70年的周期又变得显著。这种演变特征可能是太平洋海温对全球百年尺度气候波动的响应。

三门峡市近50年降水变化趋势及周期分析

利用1960-2009年三门峡市50 a逐日降水观测资料,采用线性倾向估计、Mann-Kendall法和小波分析方法,对三门峡市降水变化趋势及突变情况进行了分析。结果表明:三门峡市年降水量呈逐年减少的趋势,气候倾向率为-10.37 mm/10a;季节降水量也趋于减少,其中夏季和秋季减少幅度最大;从月降水的变化趋势看,5月、6月、8月的月降水量呈上升趋势;从降水日数变化来看,全年大于0.1 mm和大于5.0 mm降水日数呈下降趋势,大于10.0 mm的降水日数呈上升趋势,全年暴雨日数有减少的趋势;从干燥系数变化特征来分析,三门峡市50 a中25年干燥系数K≥3.5,干旱年份占50%。Mann-Kendall法检验三门峡市降水在1963、2000、2005年存在明显交点,特别是在2000年,三门峡市降水量出现了由多变少的明显突变点。从小波分析的结果看,三门峡市降水序列具有3 a、5 a、10 a周期振荡变化,3 a振荡周期为主要特征。

1980年～2013年恩施中低空风速变化特征研究

利用1980年～2013年恩施逐日探空风资料,通过最小二乘法、滑动t检验及morlet小波分析等方法,系统地揭示了该地区中低空（500、1 000、1 500、2 000、3 000 m）年、季、月平均风速的变化特征.结果表明（500m单独讨论）：1）不同高度,年、季平均风速波动幅度较小,且相差不大,季、月间的平均风速不尽相同.2）不同高度,气候倾向率绝对值均小于0.05 m·s^-1·（10a）^-1,且没通过显著性检验.3）不同高度,年、季平均风速的突变特征明显不同,1 000 m处年、季平均风速均发生了突变,1 500 m无任何突变,2 000 m和3 000m的突变则只出现在秋、冬两季.4）不同高度,年、季平均风速均表现出了多种周期.其中,高频以2～3 a为主,低频以14～20 a为主,且2～3a大部分出现在1994年以后,而14～20 a大部分出现在1980年以后;冬季以低频振荡为主,其他季节均以高频振荡为主.5）500 m处的年、季平均风速波动幅度和气候倾向率都比较大,趋势系数均通过了显著性检验,年、季均有突变发生,但并无明显周期存在.

祁连地区近年来日照时数变化特征分析

根据祁连地区3个地面气象观测站1980～2015年的年日照时数资料，运用线性回归、滑动平均、Mann—Kendall法、小波分析法和R／S分析法分析了祁连地区的年日照时数变化特征和未来的变化趋势。结果表明：祁连地区大部分地方年日照时数显著减少，全区平均减少速率为-20．879h／10a，1992年发生突变．16a尺度和6a尺度的周期振荡表现明显；野牛沟和祁连县的减少速率分别为-43．479h／10a和-41．925h／10a，分别于1992年和1999年发生突变，野牛沟存在16a尺度和6a尺度的周期振荡，祁连县存在19a尺度和7a尺度的周期振荡；托勒的日照时数总体呈上升趋势，上升速率为22．765h／10a，2011年发生突变．13a尺度和6a尺度的周期振荡是控制其日照时数变化的第一、二主周期。祁连地区的日照时数存在明显的Hurst现象．野牛沟和祁连县的持续性较整个祁连地区和托勒的持续性强。

我国外汇市场与股票市场间波动溢出效应实证研究——基于小波多分辨的多元BEKK-GARCH(1,1)模型分析

汇率机制和股权分置改革加强了我国汇市与股市一体化程度,近期人民币升值压力不断演化和几大经济危机爆发进一步增强了两个市场间的关联性。本文采用小波多分辨分析与多元BEKK-GARCH(1,1)模型相结合方式研究了国内汇市与股市之间的波动溢出关系,实证结果不仅表明两大市场存在显著的波动溢出效应,还发现在不同交易周期下存在着不同的波动溢出效应,短期来看股市向汇市有单向传递效应,随周期变长发展为双向溢出,其中又以汇市向股市波动溢出效应更为显著,长期则仅有小幅度溢出效应存在于股市向汇市波动传递过程中。

新疆阿勒泰地区降水变化特征分析

采用阿勒泰地区7个气象观测站1961-2009年逐月和2010年1～3月降水量资料,运用Mann-Kendall趋势检验、Cubic函数、Mann-Kendall突变检测、R/S分析、Morlet小波变换法,对该地区降水量进行分析。结果表明:①该地区年和冬季降水量呈显著的增多趋势,其他季节没有显著的变化;区域中存在较大的差异;降水量的线性趋势与Mann-Kendall趋势变化基本一致。②Cubic函数曲线拟合表明,年和春冬季降水量呈单调上升趋势,由少到多转型的时间在20世纪60年代初中期;夏季降水量呈现多、少、多、少的变化,目前处于低值点;秋季变化不明显;各站点中时空分布存在较大的差异。③年降水量在1983年前后、夏季在1987年前后发生了由少到多的显著突变,春秋季无显著突变,冬季无突变点;各区域中突变的时间不一致。④年及各季降水量存在显著的年代际和年际尺度的周期变化。⑤降水量的变化具有反持续性。

高层建筑物GPS振动观测中的奇异谱分析

为了验证奇异谱分析提取高层建筑物振动特性的有效性,采用了奇异谱分析方法处理高层建筑物GPS振动观测数据。实验发现:通过合理选择奇异值的有效成分,能够提取观测序列的主要趋势、周期、噪声,在提取信号周期、振幅和频率方面要优于小波分析。