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舰船消防管道泄漏信号的去噪方法研究
| 论文题名： | 舰船消防管道泄漏信号的去噪方法研究 |
| 关键词： | 舰船;消防管道;泄漏信号;去噪方法 |
| 摘要： | 近年来，基于声波衰减特性的管道泄漏定位技术逐渐发展，在信噪比(SNR)高的场景下，已取得了不错的效果。但在舰船消防管道系统中，由于环境噪声的影响，信号SNR低，不去噪很难实现泄漏的准确定位。为了解决上述问题，本文搭建了管道试验平台以模拟舰船消防管道的泄漏工况，基于声波衰减特性建立了消防管道泄漏定位模型，并通过分析泄漏信号的统计特征和频率特征，提出了基于频谱分析的经验模态分解(EMD)去噪算法和基于快速傅里叶变换(FFT)的多尺度最优化去噪算法。 本文主要完成了以下研究工作: (1)搭建了管道试验平台。为了模拟和采集舰船消防管道的泄漏信号，本文根据管道实际形状搭建试验平台，完成硬件连接和软件编程。通过分析模拟噪声的种类及其频域分布特性，将泄漏信号分为安静、单噪声和多噪声三种工况。采集模拟噪声干扰下的泄漏信号。经过时频分析，三种工况的信号具有明显区别，可视作舰船消防管道的模拟信号。 (2)建立了基于声波衰减特性的泄漏定位模型。基于声波衰减特性，建立了舰船消防管道在安静工况下的泄漏定位模型，并通过安静工况信号拟合得到了声衰减系数和传感器修正系数。将安静工况信号代入定位模型，验证了定位模型的准确性。 (3)提出了基于频谱分析的EMD去噪算法。为了去除单噪声工况下的噪声，采用经验模态分解法将含噪信号分为不同模态，通过分析模态的统计特征和频率特征，去除噪声主导的模态分量并重构信号。将去噪前后的信号分别代入泄漏定位模型，得到定位结果曲线和定位误差曲线。曲线分析结果表明:经去噪算法处理后，泄漏的平均定位误差从11.4％下降至7.88％，说明该算法能有效去除单噪声工况下的噪声。 (4)提出了基于FFT的多尺度最优化去噪算法。为了去除多噪声工况下的噪声，采用不同分析尺度将频域信号划分为不同频段，若某一频段的噪声信号占比达到一定阈值，则替换为安静工况下的该频段信号。通过分析不同分析尺度下的定位结果，得到多噪声工况下的最优尺度参数。将去噪前后的信号分别代入泄漏定位模型，得到定位结果曲线和定位误差曲线。曲线分析结果表明:经最优尺度的去噪算法处理后，泄漏的平均定位误差从21.9％下降至9.8％，说明该算法能有效去除多噪声工况下的噪声。 |
| 作者： | 史宣龙 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 刘少刚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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