一种基于导数变换的多级联滑动滤波自适应峰值检测方法

本发明涉及信号检测，具体涉及一种基于导数变换的多级联滑动滤波自适应峰值检测方法。

背景技术：

1、随着铁路在国内的快速发展，铁路交通中广泛使用的钢结构部件通常面临复杂环境影响，受环境、温度、湿度影响且在反复的热应力和机械应力作用下，其微观结构中应变力积累导致疲劳裂纹的产生，因此早期的检测和表征部分闭合裂纹对无损检测和结构健康监测具有重要意义

2、现有许多检测系统都是基于固定最大阈值进行检测，但常规的使用固定阈值难以调整阈值来检测可变能量变化下的信号，对此，manikandan等人提出了一种微分结合阈值的方式来实现r峰检测，gutierrez-rivas等人描述了一种基于小波变换和希尔伯特变换的自动r峰检测方法，但是以上算法复杂度高，且是对低频信号进行处理，无法满足非线性超声导波轨道检测系统实时性的要求，并且由于超声导波受传输介质的影响会使接收信号特征发生改变，目前峰值检测经常采用设定幅度阈值方法，但此类方法无法保证峰值检测的准确性。

技术实现思路

1、为了解决钢轨环境下具有编码特性的非线性超声导波信号识别困难、难以定位峰值的问题，本发明提供一种基于导数变换的多级联滑动滤波自适应峰值检测方法，该方案包括：获取超声导波发射的宽脉冲信号，并利用线性滤波器对所述宽脉冲信号进行脉冲压缩，得到窄脉冲信号；对获得的窄脉冲信号进行幅度归一化处理，并利用希尔伯特变换对归一化处理后的窄脉冲信号进行包络提取，得到包络信号；利用三角滤波器对包络信号进行光滑处理，得到光滑包络信号；基于得到的光滑包络信号建立高斯函数包络模型，根据高斯函数包络模型对脉冲信号进行峰值检测。通过本发明提出的技术手段，能够保证较好抗噪声效果的同时有效提取峰值信息，且在复杂的轨道环境下也具有较好的识别能力，适用于编码激励超声传输。

2、本发明采用如下技术方案：一种基于导数变换的多级联滑动滤波自适应峰值检测方法，包括：

3、获取超声导波发射的宽脉冲信号，并利用线性滤波器对所述宽脉冲信号进行脉冲压缩，得到窄脉冲信号；

4、对获得的窄脉冲信号进行幅度归一化处理，并利用希尔伯特变换对归一化处理后的窄脉冲信号进行包络提取，得到包络信号；

5、利用三角滤波器对包络信号进行光滑处理，得到光滑包络信号；

6、基于得到的光滑包络信号建立高斯函数包络模型，根据高斯函数包络模型对脉冲信号进行峰值检测。

7、进一步的，所述线性滤波器包括升余弦滤波器、匹配滤波器以及带通滤波器。

8、进一步的，所述升余弦滤波器用于对宽脉冲信号的传输信道进行补偿。

9、进一步的，所述匹配滤波器用于提高宽脉冲信号的平均功率，并增加宽脉冲信号的传输距离。

10、进一步的，用线性滤波器对所述宽脉冲信号进行脉冲压缩时，还包括：利用kaiser窗控制带通滤波器的主瓣宽度和副瓣衰减。

11、进一步的，所述三角滤波器由两个滑动平均滤波器级联组成，所述滑动平均滤波器的表达式为：

12、

13、其中，m[n]为滤波器的输出值，表示在时间点n处的滤波结果；nw为窗口长度，用于指定滤波器考虑的输入信号的时间范围；s(n)为输入信号的离散样本，表示在时间点n处的输入信号值。

14、进一步的，根据高斯函数包络模型对脉冲信号进行峰值检测的方法为：

15、对高斯函数包络模型进行求导并取负得到导数曲线，根据导数曲线的正向过零点确定对应包络信号的峰值点。

16、本发明的有益效果是：本发明首先分析编码激励超声导波信号特点，通过使用脉冲压缩进行信号预处理，能够有效去除信号中的噪声，保证了后续峰值检测的准确性，其次，本发明考虑到峰值旁瓣水平、多径效应和噪声的影响，使用级联滑动滤波和希尔伯特变换来减小旁瓣干扰并提取包络，从而根据导数变换检测互相关序列峰值位置，能够有效提取峰值信息，抗噪声效果较好，在复杂的轨道环境下也具有较好的识别能力且算法准确率较高，适用于编码激励超声传输系统且易于在实时检测系统中实现。

技术特征：

1.一种基于导数变换的多级联滑动滤波自适应峰值检测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于导数变换的多级联滑动滤波自适应峰值检测方法，其特征在于：所述线性滤波器包括升余弦滤波器、匹配滤波器以及带通滤波器。

3.根据权利要求2所述的一种基于导数变换的多级联滑动滤波自适应峰值检测方法，其特征在于：所述升余弦滤波器用于对宽脉冲信号的传输信道进行补偿。

4.根据权利要求2所述的一种基于导数变换的多级联滑动滤波自适应峰值检测方法，其特征在于：所述匹配滤波器用于提高宽脉冲信号的平均功率，并增加宽脉冲信号的传输距离。

5.根据权利要求1所述的一种基于导数变换的多级联滑动滤波自适应峰值检测方法，其特征在于：用线性滤波器对所述宽脉冲信号进行脉冲压缩时，还包括：利用kaiser窗控制带通滤波器的主瓣宽度和副瓣衰减。

6.根据权利要求1所述的一种基于导数变换的多级联滑动滤波自适应峰值检测方法，其特征在于：所述三角滤波器由两个滑动平均滤波器级联组成，所述滑动平均滤波器的表达式为：

7.根据权利要求1所述的一种基于导数变换的多级联滑动滤波自适应峰值检测方法，

技术总结
本发明涉及信号检测技术领域，具体涉及一种基于导数变换的多级联滑动滤波自适应峰值检测方法。获取超声导波发射的宽脉冲信号，并利用线性滤波器对所述宽脉冲信号进行脉冲压缩，得到窄脉冲信号；对获得的窄脉冲信号进行幅度归一化处理，并利用希尔伯特变换对归一化处理后的窄脉冲信号进行包络提取，得到包络信号；利用三角滤波器对包络信号进行光滑处理，得到光滑包络信号；基于得到的光滑包络信号建立高斯函数包络模型，根据高斯函数包络模型对脉冲信号进行峰值检测。通过本发明提出的技术手段，能够保证较好抗噪声效果的同时有效提取峰值信息，且在复杂的轨道环境下也具有较好的识别能力，适用于编码激励超声传输。

技术研发人员：黄玲,许子健,常高利,陈贵平,严顺扬,范鹏飞
受保护的技术使用者：兰州理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15