二维谱的多分形特征提取及其应用

任海锋，潘宏侠，潘铭志

(1.中北大学 机械工程学院，山西 太原 030051；2. 晋中学院 机械学院，山西 晋中 030619)

通过分析武器装备工作时的测试信号，对其运行状态进行监测，或对其健康状况进行诊断，对于提升武器装备的可靠性、保证其作战性能具有重要意义。各种类型的二维谱在信号分析中得到了广泛的应用[1]，短时傅立叶变换、各种类型的小波变换、Cohen类和仿射类分布、各种高阶变换、经验模态分解(EMD)、局域均值分解(LMD)等常见的信号分析方法，最终都能得到相应的二维谱。二维谱包含有大量不能以直观方式获取的信息，要充分利用这些信息，必须对二维谱进行进一步的量化特征提取。

现有的二维谱量化特征提取方法，主要是根据二维谱的具体类型和信号源的特点，进行有针对性的处理[2-3]，不但适用范围窄，对经验技巧的要求高，而且在操作过程中也难免会引入一定的主观因素。提取二维谱的矩特征[4-5]或熵特征[6]是目前通用性较强的两种方法，但它们都将二维谱视作一个整体来处理，最终得到的特征量只能体现二维谱的整体性质，许多重要的细节信息都因为这些处理中的求和或平均操作而被淡化或抵消。

笔者提出了基于多分形分析和形态参数拟合的二维谱量化特征提取方法。此方法从奇异性的角度对二维谱进行分层，并对每一层进行维数分析，可更有效地提取二维谱的本质特征。它操作步骤统一，不限于特定问题，具有很强的客观性和通用性，并已在某高射机枪的裂纹故障诊断应用中得到验证。……