基于小波变换的后坐过程时-能密度分析

火炮发射后坐力是一种瞬态、非平稳、非周期性的高频信号,发射时的后坐冲击直接影响射击精度和平台的适装性。针对传统分析中后坐力峰值信号的提取不足以反映后坐过程中的频域和能量特征等问题,对测试的后坐力信号进行小波包分解,根据频带对各层信号进行重构,获得信号在不同频带内的随时间的能量分布情况。测试分析表明,测试对象的后坐能量主要集中在低频段,80.48%后坐能量集中在0~19.53 Hz,后坐力的峰值持续时间是后坐过程的3.27%,且在峰值时间内产生的冲量仅占总冲量的1.64%。结果表明,利用基于小波变换的时-能密度分析法对后坐力信号的时域、频域特性分别进行分析,可为后坐过程评估提供新途径,也可为后坐振动抑制提供借鉴。

高模态密度结构宽频振动分析的小波有限元方法实现

高模态密度结构的宽频振动分析问题是声振分析领域内关注的重点问题之一,可实现宽频振动预测的数值分析方法是该领域内重要的研究内容,有效的宽频振动数值分析方法应在低频至高频域可同时提供精准的数值解。然而,由于明显的耗散误差和计算成本过高导致传统有限元方法(traditional finite element method,TFEM)在对高模态密度结构进行宽频振动分析时,难以在高频域提供精准的数值解,致使无法实现有效的宽频振动分析。而小波有限元分析方法(wavelet finite element method,WFEM)在进行结构分析时具有潜在的求解效率优势,并且可大幅度降低耗散误差带来的影响。为此,本文首先构造了基于小波有限元理论进行宽频振动分析时的自耦合算法,并据此介绍了小波有限元方法对高模态密度结构进行宽频振动分析的架构,形成了宽频小波有限元分析方法(wide wavelet finite element method,WWFEM)。随后,采用数值分析研究方法,基于WWFEM对具有解析解的高模态密度薄板结构进行了宽频振动分析。最后,采用实验分析研究方法,预测了高模态密度结构在宽频域内的振动响应。在此基础上,对比分析了小波有限元方法在进行高频振动分析时的收敛性和宽频振动分析的有效性等。可为依据小波有限元分析方法解决圆柱壳、曲壳等高模态密度结构宽频振动分析问题提供理论参考。

模式自适应小波时能密度法及其在微差爆破振动信号分析中的应用

如何解决适合爆破振动信号特征的爆破振动信号小波基构造、添加及其实现等问题,始终是困扰广大研究者的难题。为准确确定微差爆破振动信号实际微差延迟时间,在模式自适应小波原理的基础上,构造了从实测微差爆破振动信号中分离出子信号的模式自适应小波基,然后将该模式自适应小波基添加到Matlab小波分析工具箱中,并提出了一种新的基于爆破振动信号分析的模式自适应小波时能密度法。以实验设计的多段微差爆破振动信号进行模式自适应小波时能密度法分析为例,验证了该方法的可行性。该方法亦可用于分析实测微差爆破振动信号在实际微差延迟时间的确定,并与db8小波法和模式自适应小波法进行比较,结果表明模式自适应小波时能密度法具有更好的应用效果,从而为爆破振动信号分析在实际工程中的应用提供了参考。

西藏朗县秀沟铬铁矿高精度重磁勘探效果

2010年笔者完成了西藏朗县秀沟工区1∶5 000高精度重磁勘探,重力测量总精度达0.069 4 mGal。根据岩矿石物性特征建立了铬铁矿地球物理模型与找矿标志。局部重力高异常0.1～0.6 mGal、宽度几十米至一二百米,并且磁异常中等强度、反向磁化的重磁异常组合特征是识别铬铁矿的标志;局部重力高异常带与环状镶边的正磁异常带的组合特征是识别超基性岩带的标志。运用小波分析提取铬铁矿与超基性岩体局部重磁异常,倾斜角(tilt-angle)法识别岩体边界,Paker法密度填图及2.5D交互反演推断了蛇纹石化橄榄岩的范围及14个铬铁矿与矿化体的重磁远景异常,其中6个远景异常已经得到证实。指出在西藏进行铬铁矿勘探,不仅要求野外施工精度高,而且要求室内处理解释工作精细,应充分运用各种数据处理的新方法技术,才能够获得良好的地质效果。

精确延时控制爆破试验及振动信号分析

为进一步完善爆破振动强度预测模型理论、实现爆破振动危害的主动控制,结合隆芯1号数码电子雷管,开展室内精确延时控制爆破试验,采用基于小波变换的时-能密度法识别出实际段间延期时间分别为4.8ms、4.8ms、15.2ms、15.3ms,与试验设计段间延期时间相对误差小于4%。结果表明:基于小波变换的时-能密度法能有效识别微差爆破实际段间延期时间;利用信号的时域移位特性,通过时频转换,从微差爆破振动信号中成功分离出各分段振波,并按实际段间延期时间依次叠加各分段振波,从峰值振速、主振频率、能量分布等角度,定量分析得到合成波与原始波形间各细节特征误差均在工程允许范围内。结果表明基于时-能密度法的微差爆破振动信号分离法具有较高分离精度。

小波阈值去噪方法在矿井电法数据处理中的应用

根据矿井高密度电阻率法数据的特点,创新性地应用了小波阈值去噪方法对其进行处理。为了克服软、硬阈值函数存在的缺陷,提出了软、硬折中的新阈值函数。通过汶南煤矿41106工作面西下巷实测资料的处理,认为新阈值函数处理下的数据反演结果和实际情况更加吻合,效果更好,说明小波阈值去噪方法在矿井高密度电法数据处理中有效、可行。

非线性系统响应功率谱密度的小波-Galerkin方法

发展了广义谐和小波在确定非线性系统随机动力响应中的应用。首先,利用周期广义谐和小波展开非线性动力微分方程,并考虑小波的联系系数后,可将动力微分方程转化为一组非线性代数方程。其次,利用Newton迭代法数值解答了非线性代数方程,得到了非线性动力响应的小波变换。最后,根据响应时变功率谱与各阶小波变换之间的关系,计算求得了非线性动力响应的功率谱密度。数值模拟显示了本文建议方法与Monte Carlo模拟之间的吻合程度。

基于小波域的多尺度非参数图像分割方法

主要介绍了一种基于信息熵理论及图像多尺度信息来对图像进行非参数主动轮廓模型分割的有效方法.由于小波多分辨率特性的引入,可以最大程度地利用图像多尺度信息以确保分割的准确性和完整性.又由于小波变换的特性,低频信息的使用更是进一步降低了噪声影响.文中把图像分割问题定义为在分割区域边缘长度满足一定约束条件下,图像标记场与各个尺度图像像素值之间的互信息熵最大化过程.该方法可以有效地降低噪声对于分割的影响,及确保分割的准确性和完整性.

核密度估计法在板件概率损伤识别中的应用

基于谱元法将核密度估计方法用于解决结构的损伤识别,从而得到了损伤位置的概率密度函数。通过建立压电-结构耦合的三维谱元法模型,模拟Lamb波在铝板完好及损伤结构中的传播过程。利用连续小波变换计算响应信号在传感器之间的飞行时间,得到Lamb波在结构中的传播速度。通过对Rayleigh-Lamb方程的数值分析,得到Lamb波的理论传播速度,并将其与谱元法得到的结果进行对比,证实了谱元法模型的准确性。在椭圆定位技术的基础上,考虑环境不确定性对测量信号的影响,引入核密度估计方法将损伤位置识别转化为一种概率性问题。讨论了3种噪声水平情况下的损伤位置的概率密度函数,并给出了最终识别的结果。结果表明,核密度估计方法能够有效地识别出损伤位置,最大误差在5%左右。

利用小波变换对MEMS矢量水听器信号处理

为解决对水上未知目标的定位估计,充分利用接收信号,提出一种基于小波变换与傅里叶变换相结合的信号处理方法。采用中北大学研制的十字梁结构的MEMS矢量水听器接收声源信号,通过后续电路把声压信号转换成电压信号。先进行窄带滤波,保存有用信号频带;然后选择合适的小波阈值及小波基对信号进行小波降噪处理,减少低频噪声干扰,提高输出信噪比,为后续的信号处理及水声定位提供便利;最后基于MUSIC算法,结合直方图法进行目标方位估计,仿真结果表明,这种方法将定位精度提高到3°。

隧道爆破信号交叉项抑制及雷管延期时间研究

为解决隧道爆破振动信号易受测试环境影响而导致其时频域交叉项难以消除的难题,采用匹配追踪-平滑伪魏格纳分布(MP-SPWVD)组合算法,有效抑制微差爆破振动信号时频谱中的交叉项;同时采用小波时-能密度法精确判别隧道起爆网路中各段别雷管实际延期时间。研究表明:MP-SPWVD算法可有效削弱时频谱中交叉项对信号能量幅值和局部区域特征的不利影响;MP重构信号小波时-能密度分布可自适应地判别雷管段间实际延期时间,具有良好的应用前景;雷管延期判别精度与其延期时间密切相关。

线性软阈值方法在直流电法数据处理中的应用

在矿井中开展高密度电阻率法工作,由于各种因素的干扰使得观测数据噪声较多,特别是当有用信息的幅度和噪声尺度相差不大时,传统方法的去噪效果都不理想。本文讨论了George E.Leblanc和William A.Morris提出的基于线性软阈值的去噪方法,创新性地将其应用到矿井高密度电阻率法数据处理中。通过实测资料分析,该方法能有效地消除高频随机噪声和特定尺度的噪声,尤其是在处理似尖脉冲的噪声信号时有较好的去噪效果,同时又能较好的保持原有地质信息。

小波分析在矿井高密度电法数据处理中的应用

矿井高密度电阻率法数据由于受地电干扰、地形、接地电阻等因素的影响,通常会遇到具有一定水平尺度和垂向幅度的类似尖脉冲假异常。在数据处理过程中,对于高幅度和宽尺度的噪声,特别是与有用信息的幅度及尺度相近时,即使应用广泛的Donoho软阈值函数和硬阈值函数去噪,也存在着难以克服的问题。为此提出了一种基于线性软阈值的去噪方法:根据噪声尺度确定分解层数,而每一层的阈值则采用线性函数确定。通过实测资料分析可知,这种方法能有效地消除高频随机噪声和特定尺度的噪声,尤其是在处理类似尖脉冲的噪声信号时有较好的效果,同时又能较好地保持原有地质信息。

地质雷达信号定量识别用小波基选取的正演及模型试验研究

针对隧道衬砌结构地质雷达检测信号分析用小波基函数难以选取及信号特征点信息不易提取的问题,在小波分析原理及信号特征点识别理论基础上,从各小波基函数基本性质出发对适用于地质雷达信号分析用小波基进行初步选取。构建含空洞地质雷达正演模型,开展含空洞沙槽模型地质雷达探测试验。基于初选的小波基函数,采用小波时-能密度法对空洞检测信号进行特征点提取与空洞尺寸量化分析,并对适用于地质雷达信号奇异性检测的最优小波基进行分析和优选。研究结果表明:小波时-能密度谱法对信号特征点的突出和放大作用非常明显,该方法能更准确、快速地确定奇异点所在位置;相对于Bior3.9双正交基,由Bior2.6小波基计算得出的空洞位置信息与实际值更接近,该小波基更适合用于地质雷达信号奇异性检测中,研究结果可为隧道衬砌结构质量缺陷的准确识别与定位提供理论基础与参考。

基于小波变换的高密度电法资料去噪研究

小波变换方法是近年来发展起来的一种新的数学方法,目前,小波分析已经成为国际上公认的最新时频分析工具,成为多学科共同关注的焦点,尤其是它可以对离散性信号进行非线性降噪处理。传统的高密度电阻率信号降噪处理一般采用坏点切除、滑动平均或偏值滤波的方法,即采用线性方法经行降噪,不能很有效地突出有用异常信号、完全去除畸变点,从而不能为后期处理提供可靠的电阻率数据。小波降噪成功主要得益于小波变换有低熵性、多分辨率特性、去相关性和选基灵活性等特点。它的原则是要尽量保持原始信号的光滑性和相似性。小波分析的实质是对原始信号进行分解,然后通过特定的阈值进行滤波,最后对降噪后的信号进行重建。因此很好地保持了有用的异常信号,提高了信噪比。

小波及小波包降噪在高密度电法中的效果对比

在高密度电法资料降噪处理中,传统的处理方法有坏点剔除、滑动平均和滤波等方法,但效果往往不够理想,不能为后期的处理提供可靠数据。小波变换及小波包变换对于降噪是非常有用的2种方法,在许多领域得到了很好的应用,相比于小波降噪,小波包降噪对高频信号做了更细的细分,能更好地分析信号,但在高密度电法数据处理中,小波包降噪效果不一定优于小波降噪。现对2种降噪方法通过模型试验与工程实例进行对比研究,分析2种方法在高密度电法数据处理中的效果。

基于小波变换时能密度法的爆破振动信号分析

当前,爆破振动信号分析以时频分析为主,尚未从能量的角度对信号进行研究。本研究基于小波变换时能密度法对爆破振动信号进行分析。先利用Mallat算法对信号的局部信息进行小波分解,再根据时能密度曲线得到各时刻的能量大小,然后统计各频带信号的能量密度随时间变化的数据,最后采用该方法对里岩垄坑2号双洞隧道的5组爆破振动信号进行了分析。研究结果表明:距离爆心越近,爆破释放的能量就越强。其中,小波分解频带为d2、d3区间的能量占爆破总能量的93.33%;最大能量比率的小波分解频带为d2,其对应的振速与频率均符合爆破安全规程的规定。该方法为爆破振动安全评估提供了新途径,也可为爆破振动机理的研究提供借鉴。

预应力弯曲波纹管灌浆密实性监测试验研究

针对预应力波纹管弯曲位置处易出现灌浆不密实问题,该文提出了一种基于压电波动法的预应力波纹管密实性监测研究方法。在塑料波纹管纵向4个横截面的顶部和底部各粘贴1个压电陶瓷片,通过其单发单收的“区域交叉”的纵向监测方式,分析了9个灌浆工况中接收信号幅值、频率和小波包能量的变化规律。当波纹管灌浆料密实时,其功率谱密度和小波包能量变化明显,验证了压电波动法监测的有效性。

改进奇异谱分析方法的GPS时间序列分析

针对传统奇异谱分析方法具有相移现象缺点而不能有效分析,是由于不同形式的地球物理现象而包含有阶跃项、非线性趋势项、以及振幅随时间变化的季节项,从而呈现显著的非线性变化的时间序列,该文提出了一种用于拟合GPS时间序列的改进奇异谱分析方法。采用实际IGS站点数据将改进奇异谱分析方法与小波分析方法进行比较,结果表明,改进奇异谱分析方法在提取年以及半年季节项要优于小波分析方法。基于模拟数据计算表明:模拟信号和改进奇异谱分析方法重构信号残差的均方根小于1.8mm,改进奇异谱分析方法拟合精度显著优于传统奇异谱分析方法。改进奇异谱分析方法消除了传统奇异谱分析方法具有相移现象缺点。