本技術(shù)涉及數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，特別是涉及一種梯度采樣確定振動(dòng)頻率的方法、設(shè)備、介質(zhì)及產(chǎn)品。

背景技術(shù)：

1、在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的服役過程中，葉片等高速旋轉(zhuǎn)的物體在復(fù)雜的離心氣動(dòng)載荷的作用下，會(huì)產(chǎn)生高頻振動(dòng)。這種振動(dòng)不僅會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，還可能引發(fā)葉片的疲勞失效，對(duì)飛行的安全造成威脅。因此，對(duì)高頻振動(dòng)物體的振動(dòng)頻率進(jìn)行精確測量顯得尤為重要。對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)中高頻振動(dòng)物體的頻率和振幅進(jìn)行精確測量，對(duì)于確保發(fā)動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行和延長其使用壽命具有重要意義。

2、傳統(tǒng)的測量方法可能無法準(zhǔn)確捕捉到這些高頻振動(dòng)，因此需要采用先進(jìn)的測量技術(shù)。這些技術(shù)包括但不限于激光測振儀、加速度計(jì)和光纖傳感器等，它們能夠以非接觸的方式對(duì)物體振動(dòng)進(jìn)行高精度測量。上述方法均需要遵守奈奎斯特采樣定律，奈奎斯特采樣定理是數(shù)字信號(hào)處理中的重要基礎(chǔ)理論，描述的是對(duì)一個(gè)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣的頻率與信號(hào)頻譜之間的關(guān)系。具體來說，若f(t)是一個(gè)頻帶限制在(0，fh)內(nèi)的時(shí)間連續(xù)信號(hào)，要想抽樣后的信號(hào)能夠不失真地還原出原信號(hào)，則必須使得抽樣頻率fs大于或等于信號(hào)最高頻率分量fh的兩倍，即fs≥2fh。換句話說，信號(hào)的最高頻率不得大于折疊頻率fs/2。而欠采樣是指采樣頻率低于信號(hào)最高頻率的兩倍的情況。在欠采樣的情況下，采樣后的信號(hào)會(huì)發(fā)生混疊，即高頻信號(hào)會(huì)影響到低頻信號(hào)的表現(xiàn)。常用的振動(dòng)頻率測量方法是基于葉端定時(shí)欠采樣信號(hào)特性的葉片同步共振頻率恢復(fù)方法，有：隨機(jī)布局安裝葉端定時(shí)傳感器，獲取葉端定時(shí)信號(hào)的振動(dòng)位移，對(duì)每個(gè)通道進(jìn)行離散傅里葉變換形成低維矩陣。測量葉端定時(shí)傳感器之間的相對(duì)角度，設(shè)置滿足奈奎斯特采樣定理需要安裝的傳感器個(gè)數(shù)，計(jì)算每個(gè)葉端定時(shí)傳感器對(duì)應(yīng)的位置參數(shù)。計(jì)算低維矩陣的補(bǔ)償矩陣以及參數(shù)化的壓縮矩陣，構(gòu)成多個(gè)列向量的欠定方程組。迭代求解過程中選擇多個(gè)原子計(jì)算最小二乘解的稀疏估計(jì)值，獲得重構(gòu)的高維矩陣。將高維矩陣的行向量按照順序首尾相連為恢復(fù)的頻譜值，獲得葉片振動(dòng)的恢復(fù)頻率。

3、除了上述方法外，還有基于內(nèi)稟時(shí)間尺度分解的欠采樣信號(hào)頻率恢復(fù)方法。內(nèi)稟時(shí)間尺度分解(intrinsic?time?scale?decomposition，簡稱itd)是一種信號(hào)處理方法，旨在解決欠采樣信號(hào)的頻率恢復(fù)問題。該方法基于信號(hào)的非線性、非穩(wěn)定性和非線性的特征，將一個(gè)信號(hào)分解成若干個(gè)固有旋轉(zhuǎn)頻率和趨勢項(xiàng)。固有旋轉(zhuǎn)頻率是信號(hào)中存在的周期性成分，而趨勢項(xiàng)則表示信號(hào)中的非周期性成分。通過內(nèi)稟時(shí)間尺度分解，可以準(zhǔn)確地獲取每個(gè)固有旋轉(zhuǎn)頻率的頻率值，從而得到欠采樣信號(hào)的頻率。與傳統(tǒng)的信號(hào)處理方法相比，內(nèi)稟時(shí)間尺度分解具有更好的適應(yīng)性，可以處理各種復(fù)雜的信號(hào)。此外，該方法還可以用于其他領(lǐng)域，如地震信號(hào)處理、語音處理等。該方法首先對(duì)欠采樣信號(hào)進(jìn)行內(nèi)稟時(shí)間尺度分解，得到若干個(gè)固有旋轉(zhuǎn)頻率和趨勢項(xiàng)，然后對(duì)固有旋轉(zhuǎn)頻率進(jìn)行頻率跟蹤，得到每個(gè)固有旋轉(zhuǎn)頻率的頻率值，最后將所有固有旋轉(zhuǎn)頻率的頻率值相加，即可得到欠采樣信號(hào)的頻率。具體來說，內(nèi)稟時(shí)間尺度分解通過對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波、預(yù)測和重構(gòu)等步驟，將信號(hào)分解成多個(gè)固有旋轉(zhuǎn)頻率和趨勢項(xiàng)，每個(gè)固有旋轉(zhuǎn)頻率代表信號(hào)中的一個(gè)周期性成分，而趨勢項(xiàng)則表示信號(hào)中的非周期性成分，通過準(zhǔn)確地獲取每個(gè)固有旋轉(zhuǎn)頻率的頻率值，可以恢復(fù)出欠采樣信號(hào)的頻率。

4、上述基于葉端定時(shí)欠采樣信號(hào)特性的葉片同步共振頻率恢復(fù)方法的基本原理是將測振傳感器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣上，通過測振傳感器測量葉片到達(dá)的脈沖時(shí)間信號(hào)，使用不同的分析算法處理時(shí)間信號(hào)，獲得葉片的振動(dòng)特性參數(shù)?；谌~端定時(shí)欠采樣信號(hào)特性的葉片同步共振頻率恢復(fù)方法存在最主要的局限性就是：需要在機(jī)匣上鉆孔安裝傳感器，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)有一定的破壞，且需要安裝多個(gè)傳感器以獲得所有葉片的振動(dòng)信號(hào)，增加了安裝難度和成本。

5、基于內(nèi)稟時(shí)間尺度分解的欠采樣信號(hào)頻率恢復(fù)方法主要用于分析非線性和非平穩(wěn)信號(hào)，雖然可以提取信號(hào)中的內(nèi)稟時(shí)間尺度特征，但計(jì)算過程相對(duì)復(fù)雜，需要較高的計(jì)算資源和時(shí)間，計(jì)算復(fù)雜度高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的目的是提供一種梯度采樣確定振動(dòng)頻率的方法、設(shè)備、介質(zhì)及產(chǎn)品，能夠在不需要進(jìn)行復(fù)雜安裝測量設(shè)備的基礎(chǔ)上，簡化計(jì)算過程，實(shí)現(xiàn)高效獲取高頻振動(dòng)物體頻率范圍的目的。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本技術(shù)提供了如下方案：

3、第一方面，本技術(shù)提供了一種梯度采樣確定振動(dòng)頻率的方法，包括：

4、按照梯度設(shè)定得到多個(gè)采樣頻率；

5、采用多個(gè)所述采樣頻率對(duì)物體振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行欠采樣，得到欠采樣數(shù)據(jù)；

6、對(duì)所述欠采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率估計(jì)，得到采集波形頻率；

7、基于所述采集波形頻率和多個(gè)所述采樣頻率構(gòu)建多個(gè)物體振動(dòng)頻率方程；

8、采用中國剩余定理計(jì)算多個(gè)物體原始頻率方程，得到振動(dòng)頻率。

9、可選地，按照梯度設(shè)定得到的多個(gè)采樣頻率為2hz-10hz之間的頻率。

10、可選地，對(duì)所述欠采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率估計(jì)，得到采集波形頻率，包括：

11、確定所述欠采樣數(shù)據(jù)中每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的周期規(guī)律；

12、基于所述周期規(guī)律，對(duì)所述欠采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行離散傅里葉變換，得到采集波形頻率。

13、可選地，對(duì)所述欠采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行離散傅里葉變換的公式為：

14、

15、式中，x[n]為欠采樣數(shù)據(jù)，e為自然對(duì)數(shù)，k為離散采樣位置，j為虛數(shù)單位，n為欠采樣數(shù)據(jù)中的第n個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，n為欠采樣數(shù)據(jù)的長度。

16、可選地，基于所述采集波形頻率和多個(gè)所述采樣頻率構(gòu)建多個(gè)物體振動(dòng)頻率方程，包括：

17、以所述采集波形頻率為余數(shù)，并分別以多個(gè)所述采樣頻率為被除數(shù)，構(gòu)建多個(gè)物體振動(dòng)頻率方程。

18、可選地，所述物體振動(dòng)頻率方程表示為：

19、f＝ni*fsi+fi；

20、式中，f為振動(dòng)頻率，ni為未知數(shù)，fsi為第i個(gè)采樣頻率，fi為采集波形頻率。

21、可選地，采用中國剩余定理計(jì)算多個(gè)物體原始頻率方程，得到振動(dòng)頻率，包括：

22、確定所述采樣頻率的乘積；

23、基于所述采樣頻率的乘積以及所述采樣頻率得到中間量，并確定所述中間量的逆元；

24、基于所述采集波形頻率、所述中間量以及所述中間量的逆元確定所述振動(dòng)頻率。

25、第二方面，本技術(shù)提供了一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括：存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序以實(shí)現(xiàn)上述中任一項(xiàng)所述的梯度采樣確定振動(dòng)頻率的方法的步驟。

26、第三方面，本技術(shù)提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述中任一項(xiàng)所述的梯度采樣確定振動(dòng)頻率的方法的步驟。

27、第四方面，本技術(shù)提供了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述中任一項(xiàng)所述的梯度采樣確定振動(dòng)頻率的方法的步驟。

28、根據(jù)本技術(shù)提供的具體實(shí)施例，本技術(shù)具有了以下技術(shù)效果：

29、本技術(shù)提供了一種梯度采樣確定振動(dòng)頻率的方法、設(shè)備、介質(zhì)及產(chǎn)品，通過按照梯度設(shè)定得到多個(gè)采樣頻率，可以實(shí)現(xiàn)低頻梯度的欠采樣。通過對(duì)欠采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率估計(jì)，得到采集波形頻率，可以簡化計(jì)算過程，進(jìn)而降低計(jì)算資源、縮短計(jì)算時(shí)間。采用中國剩余定理計(jì)算多個(gè)物體原始頻率方程，得到振動(dòng)頻率，可以實(shí)現(xiàn)高效獲取高頻振動(dòng)物體頻率范圍的目的。