[发明专利]一种基于麦克风阵列的多普勒畸变声学信号的校正方法

摘要

本发明公开了一种基于麦克风阵列的多普勒畸变声学信号的校正方法，该方法校正存在于轨边声学诊断系统所测取的声学信号中的多普勒畸变，实现列车轴承故障的精确诊断。该方法对检测信号进行Hilbert变换，获取复数信号，对复数信号加窗，获取信号片段，计算每个信号片段所对应的接收角，依据发射时间与接收时间的关系构造重采样时间序列，对阵列中央的麦克风采集的信号进行三次样条差值重采样，对校正信号做Hilbert变换和快速傅里叶变换，进行诊断。相比于基于单麦克风的传统方法，本发明方法基于麦克风阵列，具有算法简单，计算量少，无需先验知识，对噪声鲁棒性好等优点，在实际应用中具有明显的优势。

主权项

1.一种基于麦克风阵列的多普勒畸变声学信号的校正方法，其特征在于：在铁轨边设置麦克风阵列用于采集列车轴承发出的声波信号作为检测信号，列车轴承发出的声波信号的时刻为ts，该检测信号为x(tr)＝[x1(tr),x2(tr),…,xM(tr)]T，x1(tr),x2(tr),…,xM(tr)分别为1,2,…,M麦克风采集的麦克风信号，tr为麦克风接收到声波信号的时刻，M为麦克风的总个数，对检测信号进行多普勒校正，步骤如下：步骤1)、对检测信号的每一个麦克风信号进行Hilbert变换，获取具有相位信息的复数阵列信号y(tr)＝[y1(tr),y2(tr),…,yM(tr)]T；步骤2)、对复数阵列信号添加滑动窗，获取短时阵列信号片段yD(tr)＝[y1D(tr),y2D(tr),…,yMD(tr)]T，其中，其中，i＝1,2,…,M，D代表窗长；步骤3)、通过基于阵列信号的接收角估计算法计算每个短时信号片段的接收角度θ(tr)；其中接收角度θ(tr)代表tr时刻麦克风阵列的接收角度；步骤4)、列车轴承发出的声波信号的时刻ts和麦克风接收到声波信号的时刻tr满足如下关系：其中，c代表声速，l为麦克风阵列到铁轨边的垂直距离，由上式，计算每一个接收时刻所对应的声波发射时刻，并以此构造重采样时间序列trsmp＝[ts(1),ts(2),…,ts(L)]，其中L为信号长度；步骤5)、依据重采样时间序列trsmp对阵列中央的麦克风信号进行三次样条插值重采样，即可得到消除频率扩展和移动的多普勒校正信号；步骤6)、对校正信号进行Hilbert变换和快速傅里叶变换，获取校正信号的包络谱和频谱，观察包络谱和频谱，对轴承进行诊断。