一種直升機機體振動信號的自適應處理方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種直升機機體振動信號的自適應處理方法，可應用于直升機等大型 低轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)機械機體的狀態(tài)監(jiān)控、動平衡調(diào)整、故障診斷與健康管理，屬于航空試驗與測試 領域。
【背景技術(shù)】
[0002] 直升機具有靈活方便的使用特點，在軍事及民用中發(fā)揮著越來越重要的作用，但 是直升機機體振動不僅會造成機械結(jié)構(gòu)的疲勞度，縮短飛機的使用壽命，而且使得空勤人 員的執(zhí)行效率降低和儀表設備失效等，嚴重時危及到機組人員的生命安全。因此，在直升機 日常使用W及維護保養(yǎng)中必須對直升機機體振動進行準確測量和監(jiān)控，為直升機飛行安全 狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷W及健康管理提供信息來源。但直升機機體振動有其自身特殊性：1)由 于直升機上不同的振源，不同的頻率及不規(guī)則的作用使得振動分析非常復雜;2)直升機由 于其動力源和結(jié)構(gòu)上特點使機體始終處于主旋翼和尾獎為主的強干擾源下作強迫振動。其 振動的特點是:隨機信號上疊加其幾個強正弦信號，正弦信號的幅值又帶有隨機性;干擾頻 率成分較復雜且主干擾源的頻率較低;機體剛體姿態(tài)頻率很低。運些特點決定現(xiàn)有的頻域 傅里葉變換或時域濾波等處理方法難達到理想的測量效果，另外傳統(tǒng)方法對不同振動環(huán)境 下信號處理方法一般相同，導致復雜振動環(huán)境下測量精度降低，而簡單振動環(huán)境下測量效 率較低。因此需要一種根據(jù)直升機機體振動復雜程度的自適應信號處理方法，既保證測量 精度又提高測量效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對已有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種直升機機體振動信號的自 適應處理方法。
[0004] 本發(fā)明的發(fā)明目的通過W下技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0005] -種直升機機體振動信號的自適應處理方法，包含W下步驟：
[0006] 步驟1、對采集到的直升機機體振動信號進行信號濾波處理，得到濾波后的數(shù)字信 號；
[0007] 步驟2、對濾波后的數(shù)字信號進行重疊分段，對每個分段數(shù)據(jù)進行譜估計，獲得每 個分段數(shù)據(jù)的振動頻率點的幅值和相位；
[000引步驟3、分別計算六個分段數(shù)據(jù)的振動頻率點的幅值和相位的累加平均、屯個分段 數(shù)據(jù)的振動頻率點的幅值和相位的累加平均、八個分段數(shù)據(jù)的振動頻率點的幅值和相位的 累加平均，得到六段平均值、屯段平均值、八段平均值；
[0009] 步驟4、將六段平均值、屯段平均值、八段平均值轉(zhuǎn)換為極坐標系，計算Ξ點之間任 意兩點的距離并取最大值，計算該最大值與八段平均值到極坐標零點距離的比值，如果比 值小于等于5%，那么給出八段平均值作為測量結(jié)果；
[0010] 步驟5、如果比值大于5%，繼續(xù)測量，增加下一分段數(shù)據(jù)，所有原有計算數(shù)據(jù)整體 向左移動一分段，將新增的分段數(shù)據(jù)放置最右，重復執(zhí)行步驟3、步驟4,直至比值小于5%給 出測量結(jié)果。
[0011] 優(yōu)選地，所述信號濾波處理包含W下步驟：
[0012] 步驟1.1、濾除采集到的直升機機體振動信號中的高頻噪聲和低頻氣動干擾，得到 濾波模擬信號；
[0013] 步驟1.2、W直升機機體振動信號的頻率的2的正整數(shù)次幕為采樣率對濾波模擬信 號進行采樣，得到高頻數(shù)字信號；
[0014] 步驟1.3、采用二級抽取的方式對高頻數(shù)字信號進行重采樣；
[0015] 步驟1.4、對重采樣后的高頻數(shù)字信號先進行加窗處理，再與濾波器單位脈沖響應 進行卷積，最終得到濾波后的數(shù)字信號。
[0016] 優(yōu)選地，所述重疊分段根據(jù)濾波后的數(shù)字信號的頻率范圍進行重疊率調(diào)整。
[0017] 優(yōu)選地，所述譜估計采用離散傅里葉變換方法。
[0018] 本發(fā)明的一種直升機機體振動的自適應信號處理方法，通過模擬濾波、過采樣與 重抽樣W及數(shù)字濾波去除了除信號頻率外的其他干擾頻率，通過分段譜估計與閥值界定實 時自適應根據(jù)信號穩(wěn)定性調(diào)整累加平均測量次數(shù)，提高測量結(jié)果準確性和穩(wěn)定性，而且信 號穩(wěn)定情況下，測量次數(shù)越少，測量效率越高;信號復雜情況下，測量次數(shù)隨之增加，測量效 率降低，但測量穩(wěn)定性和準確性提高，達到自適應的效果。
【附圖說明】
[0019] 圖1本發(fā)明信號處理方法的過程概要圖。
[0020] 圖2本發(fā)明數(shù)字信號處理過程的詳細實現(xiàn)圖。
【具體實施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明的。
[0022] 如圖1所示，一種直升機機體振動信號的自適應處理方法，包括模擬濾波1、過采樣 率采樣2、重采樣3,數(shù)字濾波4,分段譜估計5,譜平均6,閥值界定7。直升機機體振動信號通 過所述模擬濾波1濾除高頻噪聲和低頻氣動干擾后，通過所述過采樣率采樣2的高頻采樣轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號，然后經(jīng)過所述重采樣3限制信號截止頻率在奈奎斯特頻率附近，接著進行所 述數(shù)字濾波4的數(shù)字濾波，濾波后的數(shù)據(jù)按照所述分段譜估計5進行振動幅值和相位的估 計，緊接著按照所述譜平均6進行各段譜估計值的平均，最后根據(jù)平均結(jié)果和所述闊值界定 7來判定給出測量結(jié)果。下面對各個步驟作詳細說明。
[0023] 所述模擬濾波1，用于濾除采集到的直升機機體振動信號中高頻噪聲和低頻氣動 干擾。采用模擬帶通濾波器，高通濾波階數(shù)不低于2階，低通濾波階數(shù)不低于6階。
[0024] 所述過采樣率采樣2,采用比輸入信號的比奈奎斯特頻率高很多的頻率進行抽樣， 得到高頻數(shù)據(jù)信號。通過過采樣率采樣2使量化噪聲分布在較寬的頻帶來降低噪聲水平，使 得較少位數(shù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器件達到與高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器件相同的信噪比性能，實現(xiàn)過程中 過采樣的采樣率不大于4Ifflz，一般選取為直升機機體振動信號的頻率的2的正整數(shù)次幕。<