基于LMD模糊熵的遥测振动信号异常检测方法.pdf

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1、2017年1月教育教学论坛Jan.2017第1期EDUCATIONTEACHINGFORUMNO.1基于LMD模糊熵的遥测振动信号异常检测方法王垚，何府强（中国人民解放军91913部队，辽宁大连116041）摘要：针对遥测振动信号频域成份复杂、非平稳非线性和强噪声特性，提出一种基于局部均值分解（LocalMeanDecomposition，LMD）模糊熵的遥测振动信号异常检测方法。实测数据验证了该方法的有效性。关键词：遥测振动信号；模糊熵；异常检测中图分类号：G642.4文献标志码：A文章编号：1674-9324（2017）01-0200-03本文将非线性动力学

2、理论引入到对遥测信号时操作，直到满足要求为止，瞬时相位和瞬时频率可以频分析中，提出一种基于LMD模糊熵的遥测振动信号由式（5）和（6）给出异常检测方法，细致地可以捕获到遥测振动信号的非φ（t）=arccos（s（t））（5）111平稳程度以及在不同尺度下动态变化的复杂度，同时dφ（t）1f（t）=（6）采用SVM分类器对振动信号的状态进行分类，有效的12πdt解决了小样本条件下振动信号的异常检测问题。4.所有局部幅值的乘积得到瞬时幅值一、LMD方法nLMD方法的分解目标为一系列的PF，每一个PF对a（1t）=a1（1t）a1（2t）…a1（nt）=∏a1（qt）

3、（7）q=1应一个包络信号和一个纯调频信号的乘积。LMD的具而首个函数乘积可以由式（8）给出体步骤可以总结如下：PF（t）=a（t）s（t）（8）111n1.首先确定原始信号x（t）所有局部极值点，包括5.将第一个PF分量从原始信号中分离出来极大值点和极小值点，n（k）（l=1，2，…，M），分别根据11lu（t）=x（t）-PF（t）（9）11式（1）和式（2）求得局部幅值m（t）和局部均值a（t）1111得到新的信号u（t）作为原始信号重复步骤（1）-1n1（1k）l+n1（1kl+1）（4），重复k次，直到所有u（t）都满足单调函数，至此，m（t）=k=k

4、，k，…，k，t∈k11l12M-12原始信号可以表示为k个PF分量与一个单调分量的和lkl，kl+1l（1）kn（k）-n（k）x（t）=∑PF（pt）+u（kt）（10）a（t）=11l11l+1（2）p=1112二、模糊熵算法2.采用滑动平均对所有得到的均部均值与局部幅本文选择模糊熵算法去提取遥测振动信号特征~值进行光滑处理，将光滑的局域均值函数m（t）从原参数，算法流程如下：11~1.对非线性信号{x

5、x，i=1，2，…，N}进行相空间重i始信号中分离出来，并利用光滑局部幅值函数a（t）进11构，使混叠信号在多维空间中重新展开，得到m维相空行归一化操作m

6、~间yh（t）=x（t）-m（t）（3）m1111y［i］={x，x，…，x}-y（i）（11）ii+1i+m-10h（t）11s（t）=（4）m-111~1a（t）y（0i）=∑xi+j（12）11mj=03.如果s1（1t）不是一个区间［-1，1］上的纯调频信其中m为相空间维数，i=1，2，…，N-m+1。号，则将s（t）作为原始信号重复n次步骤（1）和（2）的2.定义模糊隶属函数为11收稿日期：2016-08-19作者简介：王垚（1983.01-），男，汉族，辽宁省抚顺市人，本科学历，工程师，研究方向：测控技术；何府强（1988.01-），男，汉族，辽宁省

7、沈阳市人，本科学历，助理工程师，研究方向：测控技术。-200-2017年1月教育教学论坛Jan.2017第1期EDUCATIONTEACHINGFORUMNO.1-m-四、实测数据分析-1，d=0-ijm--m实验1：FuzzyEn算法在不同的相空间维数m和相A=-（13）ij-dm-exp-ln（2）ij＞0似容限r条件下与ApEn和SampEn算法的性能作对比-----dij--r-测试：mmm其中dij为矢量y［i］和y［j］之间的距离1.r=0.25×SD时，采用不同的m对ApEn、SampEn和mmmFuzzyEn算法性能进行测试；dij=d-y［i］

8、，y［j］-%2.m=2时，采用不同的r对ApEn、SampEn和FuzzyEn=max（

9、x-y（i）

10、-

11、x-y（j）

12、）（14）i+p-10j+p-10p=1，2，…m算法性能进行测试。得到相空间不同维之间的模糊度为SD为振动信号时间序列的标准差，测试信号采用N-m+1m1m某次试验任务采集的遥测高频振动信号，信号长度Ci（r）=∑Aij（15）N-mj=1，j≠iN=1192，采样频率为5KHz，实验结果显示，ApEn算法mm只在m≤2，r≥0.2×SD时有效，当m≥3或r<0.2×SD时3.定义Φ（r）为C（r）的均值i即出现错误的测度值，由此可见Ap

13、En算法对m和r的N-m