一種小波包分解節點與對應頻段檢索及編程方法
2023-05-08 12:43:36 1
專利名稱：一種小波包分解節點與對應頻段檢索及編程方法
技術領域：
本發明涉及一種小波包分析信號時分解節點與對應頻段進行檢索及編程的方法， 特別適用於對故障信號特徵頻率的檢測。
背景技術：
近年來，小波包分析技術以其所具有的時-頻分析特性而被廣泛應用於信號處理領域，人們的研究大多集中在小波熵的選擇、小波包層次的確定、小波包的分解與重構以及不同頻段的能量、概率計算等方面，在運用此技術時以上內容無疑都非常重要，然而，當利用小波包變換進行故障信號提取時，卻出現了故障特徵頻段難於準確定位的問題。當分解層數較低時，往往可以根據手工分解頻段，通過觀察找到故障特徵頻率所在的頻段及其對應的節點；當分解層數每增加一層，解析度會提高50%，節點數會較上一層增加一倍。因此當層數較多時，如果仍利用手工分解頻段，然後觀察尋找故障特徵頻率所在的頻段與節點， 既費時，又費力，還不準確。目前，對於頻段與節點的對應問題，2008年02期《大電機技術》 的「基於小波包變換的籠型異步電機轉子故障診斷」一文中，曾採用「濾波器路徑」來解決， 通過區分低通濾波器和高通濾波器兩種路徑，將它們分別記為0和1，則得到一個二進位數字；然後再設置一個二進位數字表示頻段，最後沿著濾波器路徑從左至右排查，以此來確定小波包分解節點與頻段的對應關係。但是該方法的缺陷是不能根據給定頻率快速找到其所屬的頻段位置。
發明內容
本發明目的是克服上述已有技術的不足，提出一種能夠根據給定頻率快速確定所屬頻段、定位小波包分解節點與頻段的關係並最後編程實現的小波包分解節點與對應頻段檢索及編程方法。本發明方法包括下述步驟(1)根據工程實際要求，確定採集信號時每秒需要採集的次數，即採樣頻率，將其設為fs，單位為Hz ；然後確定分析信號時希望達到對頻率分辨的最少位數，即頻率解析度， 設為Δ f，單位為Hz;(2)根據所處理信號的採樣頻率fs及頻率解析度Δ f要求，對信號進行小波包分析。小波包分析時，首要任務之一是確定小波包分解層數，用η表示；對應的節點數目為2η
個。分解層數不同，則分解出來的節點數目不同，它們的關係示於表1中。由關係式
來確定小波包分解的層數η;表1 小波包分解層數及節點數
權利要求
1.一種小波包分解節點與對應頻段檢索及編程方法，其特徵是(1)根據工程實際要求，確定採集信號時每秒需要採集的次數，即採樣頻率，將其設為 fs，單位為Hz ；然後確定分析信號時希望達到對頻率分辨的最少位數，即頻率解析度，設為 Δ f,單位為Hz ；(2)根據所處理信號的採樣頻率fs及頻率解析度Δ ·要求，確定小波包分解層數，用η 表示；對應的節點數目為2η個；由關係式= >來確定小波包分解的層數η ；(3)根據香農採樣定理確定最大頻率範圍fmax後，將(0 fmax)作為初始節點(0-0)對應的頻段，然後進行逐層分解，每個節點在進行再分解時均包括低頻段和高頻段兩部分；對低頻段和高頻段分解模式進行分析，在確定分解層數η的基礎上，以分解節點編號作為索引進行排序，列出小波包分解節點與頻段的實際對應情況表，簡稱表2 ；針對表2中對應節點的頻段範圍出現混疊交叉現象的狀況，對0 fmax範圍按分解層數或節點數、頻率解析度進行等距分解，列出頻段範圍從小到大的順序編號表，簡稱表3 ；在表2中查找需檢測的特徵頻率所在的頻段範圍，記錄其節點編號，用NNo表示；在表3中再去尋找特徵頻率所在頻段範圍，記錄其對應編號，用fNo表示；列出NNo與fNo之間的對應關係表，簡稱表4 ； 據此可以檢索小波包分解節點及其對應頻段；(4)推導節點編號NNo與頻段範圍編號fNo關係；在表4中，小波包分解層數為η時， 節點編號NNo從O編號至2η-1 ；頻段範圍編號fNo在O至2n-l的範圍內，但與NNo對應的編號順序為第η層的前半部分的頻段範圍編號fNo與第n-1層的全部頻段號完全相同，後半部分的頻段範圍編號fNo為第n-1層的所有頻段號同時加上2"-1,然後再反序與第η層的前半部分順序連接合成第η層；用整型變量i代表NNo，數組變量a代表fNo，第η層後半部分的頻段範圍編號規律為 a(i) = a(i-2n_1)+2n_1(n = 2,3,4......)其中，a⑴表示第η層第i個節點編號對應的頻段範圍編號，i取值範圍Dn-1Jn-I]； 「 + 」後的2"-1為在第n-1層所有元素上需要加的數值，η = 1的情形事先給定；(5)對節點編號NNo與頻段範圍編號fNo關係進行編程，分析關係式中出現的變量，決定並定義變量為何種類型的數據或字符；應用程式語言的條件語句、循環語句、數組和子程序及其調用知識，以簡短程序實現所編程序中的檢索功能。
2.如權利要求1所述的小波包分解節點與對應頻段檢索及編程方法，其特徵是利用已推導的節點與頻段的關係確定循環語句的上、下階，並編寫程序(1)循環程序為For i = 2" (n-1)To 2"n_l a(i) = a(i-2"(n-l))+2"(n-l) Next i(2)反序程序為For i = 2" (n-1) To 3*2"(n_2)_l t = a⑴a(i) = a(3*2~(n-l)-l-j) a(3*2" (n-l)-l-i) = tNext i反序後的頻段範圍編號與第η層的前半部分頻段範圍編號順序連接，合成第η層的所有頻段範圍編號的順序。
全文摘要
一種小波包分解節點與對應頻段檢索及編程方法，目的是能根據給定頻率快速確定所屬頻段、定位小波包分解節點與頻段的關係並最後編程實現；本發明先根據工程實際要求確定採樣頻率fs和頻率解析度Δf，根據所處理信號的fs及Δf要求確定小波包分解層數n；根據香農採樣定理確定最大頻率範圍fmax後，將(0～fmax)作為初始節點(0-0)對應的頻段，然後進行逐層分解；推導節點編號NNo與頻段範圍編號fNo關係；對節點編號NNo與頻段範圍編號fNo關係進行編程，分析關係式中出現的變量，決定並定義變量為何種類型的數據或字符；應用程式語言的條件及循環語句、數組和子程序及其調用知識，以簡短程序實現所編程序中的檢索功能。
文檔編號H03M13/31GK102176678SQ20111003485
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月28日 優先權日2011年1月28日
發明者吝伶豔, 宋建成, 田慕琴, 耿蒲龍, 謝特列, 鄭麗君 申請人:太原理工大學