专利名称：一种斜拉桥拉索振动信号的降噪处理方法
技术领域：
本发明涉及一种斜拉桥拉索振动信号的处理技术，尤其是涉及一种桥梁工程施工及监测领域中的斜拉桥拉索振动信号的前期降噪处理方法。
背景技术：
拉索是斜拉桥结构中的主要承载构件，因此斜拉桥拉索振动信号的采集、有效分析处理，是桥梁工程施工及监测有效进行的根本保障。然而由于外界环境噪声的干扰，加速度传感器采集到的振动信号往往叠加有噪声信号，使得振动信号曲线出现毛刺，严重影响了分析结果。为了削弱干扰信号的影响，需要对采集到的振动信号进行降噪处理，期刊《电子测量技术》(2007年6月第6期30卷)上的“基于MATLAB的振动信号平滑处理方法” 一文中公开了一种五点三次平滑法以降低噪声信号，其主要是利用最小二乘法原理对离散数据进行三次最小二乘多项式平滑的方法对采样信号进行降噪处理，该方法获得平滑的振动信号曲线和频谱需要平滑处理40次，导致计算复杂度较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种处理速度快，能有效提高振动信号信噪比的基于频谱平均的斜拉桥拉索振动信号的降噪处理方法。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种斜拉桥拉索振动信号的降噪处理方法，主要包括以下处理步骤a)在斜拉桥拉索上设置加速度传感器，加速度传感器采集斜拉桥拉索在环境激励下的振动时域信号，并且按加速度传感器设置的固定采样频率对振动时域信号进行采样， 获得振动时域信号采样数据序列χ (η) ,(η = 1,2,...，L)，其中，L为采样长度，η为序列号；b)对振动时域信号采样数据序列x(n)，(n = 1，2，. . .，L)进行零均值化处理，具体过程为根据振动时域信号采样数据序列的每个采样值和振动时域信号采样数据序列的平均采样值，计算得到振动时域信号离散序列只《)，^0 = 1( )-1( = 1,2,...,1)，其中，1为
振动时域信号采样数据序列的平均采样值j=；
L n=\c)对振动时域信号离散序列只《)> = 1,2,...,Ζ)按固定抽样步长N进行分割处理， 获得分割数据序列组6(0，x//) = ^V(/-l) + _/+),C/+ = l,2,...,#;/=l,2,...,M)，其中，N e [2，
U 2], M= lL/Ν], “L」”为向下取整符号；d)对分割数据序列组Xj (i)，(j = 1，2，. . .，N ;i = 1，2，. . .，M)进行快速傅里叶变换处理，获取频谱组 Xj (w)，Xj (w) = FFT ( ⑴)，(j = 1，2，. . .，N ;i = 1，2，. . .，M)，其中，FFTO为快速傅里叶变换函数，w代表频率；e)通过频谱组Xj (w), (j = 1,2, ... , N)频谱平均，获得平均频谱X(W)，
_I N
ζ—)=7 ΣΑ )，然后对平均频谱进行快速傅里叶反变换处理，获得降噪后的时域信号x{t) ,x{t) = IFFTiX{w)) IFFTO为快速傅里叶反变换函数。所述的步骤a)设置的固定采样频率为32 256Hz，采样长度L大于4096 ；所述的步骤c)的固定抽样步长N为4 16。所述的步骤a)设置的固定采样频率为128Hz，采样长度L为8192 ；所述的步骤c) 的固定抽样步长N为8。与现有技术相比，本发明的优点在于信号处理的计算量小，处理速度快，能有效的提高信噪比，从而克服采集的斜拉桥拉索振动信号易受环境噪声干扰的问题，满足复杂环境变化下的斜拉桥拉索振动信号监测分析的前期降噪处理要求。
图1为本发明的处理流程图；图2为本发明零均值化后的时域信号截取图；图3为本发明降噪后的时域信号与零均值化后离散序列数据点的对比图；图4为图1中数据分割处理工作原理图；图5为图1中FFT处理工作原理图；图6为图1中频谱平均和IFFT处理工作原理图。
具体实施例方式以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。如图1所示，一种斜拉桥拉索振动信号的降噪处理方法，主要包括以下处理步骤a)在斜拉桥拉索上设置加速度传感器，加速度传感器采集斜拉桥拉索在环境激励下的振动时域信号，并且按加速度传感器设置的固定采样频率对振动时域信号进行采样， 获得振动时域信号采样数据序列Χ (η) ,(η = 1,2,...，L)，其中，L为采样长度，η为序列号， 设置的固定采样频率为32 256Hz，优选128Hz，采样长度L大于4096，优选为8192 ；b)对振动时域信号采样数据序列x(n)，(n = 1，2，. . .，L)进行零均值化处理，具体过程为根据振动时域信号采样数据序列的每个采样值和振动时域信号采样数据序列的平均采样值，计算得到振动时域信号离散序列只
权利要求
1.一种斜拉桥拉索振动信号的降噪处理方法，其特征在于包括以下处理步骤a)在斜拉桥拉索上设置加速度传感器，加速度传感器采集斜拉桥拉索在环境激励下的振动时域信号，并且按加速度传感器设置的固定采样频率对振动时域信号进行采样，获得振动时域信号采样数据序列χ (η)，(η = 1，2，. . .，L)，其中，L为采样长度，η为序列号；b)对振动时域信号采样数据序列χ(η)，(η = 1，2，. . .，L)进行零均值化处理，具体过程为根据振动时域信号采样数据序列的每个采样值和振动时域信号采样数据序列的平均采样值，计算得到振动时域信号离散序列只《)，只《) = 1( )-1> = 1,2,...,1)，其中^为振动时域信号采样数据序列的平均采样值，〒=+1>( )；L η=\c)对振动时域信号离散序列只(n = 1，2，. . .，L)按固定抽样步长N进行分割处理， 获得分割数据序列组 \ ⑴，勺(0 = -1) + _/+), (j = 1，2，. . .，N ； i = 1，2，. . .，M)，其中， Ne [2，L/2]，M= \_L!N\,」”为向下取整符号；d)对分割数据序列组\(i)，(j= 1，2，...，N;i = 1，2，...，M)进行快速傅里叶变换处理，获取频谱组 Xj (w)，Xj (w) = FFT(Xj(i)), (j = 1,2, ...，N;i = 1,2, ...，M)，其中， FFTO为快速傅里叶变换函数，w代表频率；e)通过对频谱组Xj(W)，(j= 1,2, ...,N)频谱平均，获得平均频谱叉―)，_I Nζ—)=:ΣΑ )，然后对平均频谱进行快速傅里叶反变换处理，获得降噪后的时域信号 iV ；=1x(t) ,x(t) = IFFT(X(w)) IFFTO为快速傅里叶反变换函数。
2.根据权利要求1所述的一种斜拉桥拉索振动信号的降噪处理方法，其特征在于所述的步骤a)设置的固定采样频率为32 256Hz，采样长度L大于4096 ；所述的步骤c)的固定抽样步长N为4 16。
3.根据权利要求2所述的一种斜拉桥拉索振动信号的降噪处理方法，其特征在于所述的步骤a)设置的固定采样频率为U8Hz，采样长度L为8192 ；所述的步骤c)的固定抽样步长N为8。
全文摘要
本发明公开了一种斜拉桥拉索振动信号的降噪处理方法，包括以下处理步骤按加速度传感器设置的固定采样频率采集并且采样斜拉桥拉索振动时域信号，获得振动时域信号采样数据序列；通过对振动时域信号采样数据序列零均值化处理，获得振动时域信号离散序列；通过对振动时域信号离散序列等间隔抽样分割处理，获得分割数据序列组；通过对分割数据序列组进行快速傅里叶变换，获得频谱组；通过对频谱组频谱平均，得到平均频谱，然后对平均频谱进行快速傅里叶反变换，获得降噪后的时域信号；本发明剔除实际测量中各种干扰信号所带来的影响，有效降噪，为工程后续分析提供有力的保障，且实现简便，在桥梁工程施工及监测领域中具有广泛的应用。
文档编号G01H17/00GK102305661SQ20111016336
公开日2012年1月4日 申请日期2011年6月17日 优先权日2011年6月17日
发明者冯志敏, 叶庆卫, 武冬星, 王晓东, 胡海刚 申请人:宁波大学