基于自適應對數閾值框架分析的局部喘振去噪方法
【專利摘要】本發明涉及基于自適應對數閾值框架分析的局部喘振去噪方法，通過構建濾波器組、對信號進行框架分解、自適應非線性閾值去噪以及框架逆變換等過程最終得到去除噪聲的干凈信號。與傳統的針對壓氣機的失速信號處理方法(FFT方法等)相比，這種基于對數閾值的框架方法能夠最大限度地保留原始信號中的有效信息，濾去原始信號中的噪聲信號，使得對失速演化的細節產生更加清晰的描述。同時，該方法與傳統的針對壓氣機的失速信號處理方法相比更加高效快速，可以在實驗過程中做到采集信號的同時通過實時處理得到濾去噪聲的干凈信號，便于實驗人員對實驗過程進行實時分析，為揭示壓氣機的流動失穩提供了必要的工具。
【專利說明】
基于自適應對數闕值框架分析的局部喘振去噪方法
技術領域
[0001] 本發明設及一種基于自適應對數闊值框架分析的局部喘振信號去噪方法，針對壓 氣機局部喘振失速信號，該方法可W最大限度地保留原始信號中的有效信息，濾去原始信 號中的噪聲信號，使得研究者對于失速演化的細節產生更加清晰的認識。同時，該信號處理 方法還具有實時性，可W在實驗過程中采集信號的同時通過實時處理得到濾去噪聲的干凈 信號，便于實驗員對實驗過程進行實時分析。
【背景技術】
[0002] 旋轉失速與喘振制約著壓氣機的穩定工作范圍。壓氣機作為航空發動機、燃氣輪 機的關鍵部件，其工作穩定性尤為重要。對壓氣機失速實驗信號的詳細分析有助于對壓氣 機失速的機理研究和主動控制。局部喘振作為新型失速先兆，發現于跨聲速軸流壓氣機中， 具有更加復雜的頻率特性(同時存在高頻和低頻兩個重要頻率），對去噪方法提出了新的挑 戰。然而，常規去噪方法（WFFT濾波、自相關、互相關為例)具有局限性，去噪效果不明顯，影 響了對于局部喘振現象的物理刻畫。
[0003] 框架分析作為可W最大限度保留原始信號中有用信息的去噪方法，其具備的多個 高通濾波器保證了信息去噪好的良好重構。因此，本發明將框架分析應用于局部喘振信號 的去噪研究中。并針對局部喘振的復雜頻率特性，又增加了自適應對數闊值方法(在不同信 號分析層具有不同的判斷闊值），從而更好地區分有效信號和噪聲，獲得了干凈的局部喘振 信號。

【發明內容】

[0004] 自適應的對數闊值框架方法的建立：
[0005] (1)采用帶有一個低通濾波器和兩個高通濾波器的濾波器組
[0006] 低通濾波器:h=(hi，h2, . . .，liN)
[0007] 第一高通濾波器：=(毎1，.擔，...，各If)
[000引第二高通濾波器:g'=佔'.扭，...，g;)
[0009] 本發明僅采用Ron-化en緊湊型框架的濾波器組，其低通及高通濾波器具有如下形 式：
[0010]
[0011]
[0012]
[0013]
[0014]
[0015]
[0016] 通過采用低通和高通濾波器，原始信號被分解為近似系數W及細節系數。在第j層 分解之后，可W得到第j層的近似系數為W及細節系數聲和聲。
[0017] (3)對每層系數采用自適應非線性闊值
[0018] 采用自適應非線性闊值，即在每層施加不同的闊值，噪聲信號可W從細節系數中 消除。式中Au表示闊值，i表示高通濾波器的數目，j表示分解層數，N表示信號的數目。如果 細節系數大于給定的闊值，那么將會被視作有用信息而被保留；如果細節系數小于給定的 闊值，那么將會被視作噪聲信號而被消除。經過該過程，可W得到去噪后的細節系數<氣。
[0019]
[0020] (4)框架逆變換
[0021] 經過固定框架逆變換，近似系數W及去噪后的細節系數都可W被重構，得到的最 終結果就是經過去噪后的結果。
[0022]

【附圖說明】
[0023] 圖1局部喘振失穩演化過程中FFT結果與框架結果的對比；
[0024] 圖2旋轉失速團的出現與局部喘振型擾動的關聯；
【具體實施方式】
[0025] 圖l(al)和(a2)表示在350轉子轉速時葉尖和葉根區域首次出現局部喘振擾動。采 用框架方法去除噪聲信號后，可W清晰地觀察到單個擾動的發展過程:從300轉子轉速到 350轉子轉速，擾動的幅值不斷增大，最終發展成為局部喘振擾動。圖l(bl)和(b2)同樣描述 了在1100轉子轉速時葉尖和葉根區域的局部喘振擾動發展過程。由圖I(Cl)和(c2)可見，由 于流動越來越不穩定，局部喘振擾動出現愈加頻繁。通過框架方法處理結果，可W明顯的看 出連續的局部喘振擾動是由最初的小幅值的初始擾動發展而成的，到了局部喘振的最后階 段，連續的局部喘振擾動誘發了旋轉失速團的產生。采用框架方法處理實驗數據，可W清晰 地看到旋轉失速團出現在葉根和葉尖區域(如圖l(dl)和(d2)中方框內信號）。
[0026] 為了進一步研究旋轉失速團的發生，圖2給出了更多的細節信息。首先，旋轉失速 團是出現在葉根W及葉尖區域的高頻擾動，圖2表示旋轉失速團是在葉尖的壓力從最小值 開始增長時出現的。框架方法處理的結果可W清晰地展示旋轉失速團與局部喘振擾動之間 的關聯:隨著局部喘振擾動的發展，轉子葉尖靜壓升高，葉尖攻角隨之增大，一旦攻角超過 臨界值，旋轉失速團就會出現;反之，如果轉子葉尖的靜壓下降，旋轉失速團就會消失。
[0027] 總結；
[0028] 相比于快速傅里葉變換(FFT)方法，采用本發明提出的方法一方面可W有效地消 除原始信號中的噪聲信號，另一方面可W大大提高信號處理的效率，最終可W清晰地給出 局部喘振擾動的發展過程W及旋轉失速團的出現與局部喘振擾動之間的關聯，為分析壓氣 機內部不穩定流動提供了有力的保障，便于研究者更加清晰地認識壓氣機內部不穩定流動 W及失穩的發生過程。
【主權項】
1.基于自適應對數閾值框架分析的局部喘振信號去噪方法，其特征在于： (1) 與傳統的針對壓氣機的失速信號處理方法(FFT方法等)相比，這種基于對數閾值的 框架方法能夠最大限度地保留原始信號中的有效信息，濾去原始信號中的噪聲信號，使得 對局部喘振失速演化的細節產生更加清晰的描述； (2) 該方法與傳統的針對壓氣機的失速信號處理方法相比更加高效快速，可以在實驗 過程中做到采集信號的同時通過實時處理得到濾去噪聲的干凈信號，便于實驗人員對實驗 過程進行實時分析； (3) 基于以上優勢，采用該對數閾值框架方法分析了局部喘振擾動的發展過程以及與 旋轉失速團的物理關聯，更加清晰地認識了局部喘振擾動的物理本質，為揭示壓氣機的流 動失穩提供了必要的工具。
【文檔編號】H03H21/00GK105827219SQ201610139834
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月11日
【發明人】王海輝, 李秋實, 潘天宇, 鹿哈男
【申請人】北京航空航天大學