一种混叠冲击波信号的分解方法与流程

1.本发明涉及冲击波信号技术领域，具体地说，涉及一种混叠冲击波信号的分解方法。


背景技术：

2.目前，对冲击波信号分解以傅里叶变换、小波方法、经验模态方法等为主。这类方法通常关注的是信号去噪、冲击波峰压值计算等问题，其分解方法直接套用经典的信号处理的频域方法，处理中将冲击波信号进行高低频分解，未考虑冲击波信号特性，无法从混叠冲击波信号中获得独立的冲击波信号。


技术实现要素：

3.本发明的内容是提供一种混叠冲击波信号的分解方法，其能够克服现有技术的某种或某些缺陷。
4.根据本发明的一种混叠冲击波信号的分解方法，其包括以下步骤：
5.一、对独立冲击波信号衰减公式进行扩展，以测试零点为起始点，扩展后公式为：
[0006][0007]
其中，t为时间，其零点为冲击波到达时刻，p(t)表示t时刻冲击波超压值，δp为冲击波超压峰值，τ为正压作用时间，a为衰减系数，b为各独立冲击波的起始时刻；
[0008]
二、根据扩展后的公式得到多个独立冲击波叠加信号公式为：
[0009][0010]
其中n表示测到的混叠冲击波信号由n个独立冲击波信号构成，n表示第n个独立冲击波信号；
[0011]
三、将实际采集到的混叠冲击波信号表示为q(ti)，则分解模型为：
[0012][0013]
利用最小化分解误差来求参数δpn，an，bn，τn；
[0014]
四、采用遗传算法求解分解模型，获得参数δpn，an，bn，τn，利用参数δpn，an，bn，τn即可确定独立冲击波信号。
[0015]
作为优选，采用遗传算法求解分解模型的方法为：
[0016]
(a)编码：给定参数δpn，an，bn，τn的取值区间，利用线性变换进行十进制编码，获取初始化个体；
[0017]
(b)初始化父代群体：设置种群规模，利用随机数生成父代群体，并计算个体目标函数值；
[0018]
(c)依据分解模型进行父代群体的适应度评价；
[0019]
(d)按选择概率进行选择操作产生第1个子代群体，并把最优秀的数个个体进行移民操作，直接选进子代群体；
[0020]
(e)进行杂交操作产生第2个子代群体；
[0021]
(f)进行变异操作产生第3个子代群体；
[0022]
(g)演化迭代：将3个子代群体所有的个体按适应度函数值从大到小排列，取排在前面的三分之一作为新的父代群体，转步骤(c)，进行下一轮演化过程；
[0023]
(h)加速循环：用步骤(d)和步骤(e)演化迭代产生的优秀个体这一子群体对应的变量变化区间，作为变量新的初始变化区间，转入步骤(a)，直至目标函数值小于某一设定值或达到预设循环次数，结束计算，把当前群体最优秀个体作为解的结果。
[0024]
本发明提出一种混叠冲击波信号分解方法，对密闭或半密闭空间的冲击波信号进行分解，获得各独立的冲击波信号。能较佳地对混叠的冲击波信号进行分解，获取各独立的冲击波信号，对于评估冲击波毁伤能力有重要意义。
附图说明
[0025]
图1为实施例1中一种混叠冲击波信号的分解方法的流程图；
[0026]
图2为实施例1中冲击波超压-时间曲线示意图；
[0027]
图3为实施例1中混叠冲击波信号示意图；
[0028]
图4为实施例1中独立冲击波信号1示意图；
[0029]
图5为实施例1中独立冲击波信号2示意图；
[0030]
图6为实施例1中独立冲击波信号3示意图；
[0031]
图7为实施例1中独立冲击波信号4示意图。
具体实施方式
[0032]
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。应当理解的是，实施例仅仅是对本发明进行解释而并非限定。
[0033]
实施例1
[0034]
如图1所示，本实施例提供了一种混叠冲击波信号的分解方法，其包括以下步骤：
[0035]
在每个位置点，典型独立冲击波信号衰减如图2所示，衰减公式为：
[0036][0037]
其中，t为时间，其零点为冲击波到达时刻，p(t)表示t时刻冲击波超压值，δp为冲击波超压峰值，τ为正压作用时间，a为衰减系数。
[0038]
一、考虑整个测试时间的冲击波值变化，参与叠加的各独立冲击波的起始时刻是未知的，需要对衰减公式进行扩展；以测试零点为起始点，扩展后公式为：
[0039][0040]
b为各独立冲击波的起始时刻；
[0041]
显然，确定了参数δp，a，b，τ四个参数，其中b为各独立冲击波的起始时刻。求出δp，a，b，τ，即可由公式(2)确定一个独立冲击波信号。
[0042]
二、根据扩展后的公式得到多个独立冲击波叠加信号公式为：
[0043][0044]
其中n表示测到的混叠冲击波信号由n个独立冲击波信号构成，n表示第n个独立冲击波信号；δpn，an，bn，τn表示第n个独立冲击波信号的相应参数。
[0045]
三、δpn，an，bn，τn为待求解参数，这可以看成一个函数拟合问题，转化为求解最小误差。实际采集到的混叠冲击波信号是数字化的，离散的，将实际采集到的混叠冲击波信号表示为q(ti)，构建分解模型，分解模型为：
[0046][0047]
利用最小化分解误差来求参数δpn，an，bn，τn；
[0048]
四、由于冲击波信号本身的不连续性，混叠冲击波信号也是不连续信号，采用遗传算法求解分解模型，获得参数δpn，an，bn，τn，利用参数δpn，an，bn，τn即可确定独立冲击波信号。
[0049]
采用遗传算法求解分解模型的方法为：
[0050]
(a)编码：给定参数δpn，an，bn，τn的取值区间，利用线性变换进行十进制编码，获取初始化个体；
[0051]
(b)初始化父代群体：设置种群规模，利用随机数生成父代群体，并计算个体目标函数值；
[0052]
(c)依据分解模型进行父代群体的适应度评价；
[0053]
(d)按选择概率进行选择操作产生第1个子代群体，并把最优秀的数个个体进行移民操作，直接选进子代群体；
[0054]
(e)进行杂交操作产生第2个子代群体；
[0055]
(f)进行变异操作产生第3个子代群体；
[0056]
(g)演化迭代：将3个子代群体所有的个体按适应度函数值从大到小排列，取排在前面的三分之一作为新的父代群体，转步骤(c)，进行下一轮演化过程；
[0057]
(h)加速循环：用步骤(d)和步骤(e)演化迭代产生的优秀个体这一子群体对应的变量变化区间，作为变量新的初始变化区间，转入步骤(a)，直至目标函数值小于某一设定值或达到预设循环次数，结束计算，把当前群体最优秀个体作为解的结果。
[0058]
图3为实际采集得到的混叠冲击波信号，从中看到其由多个独立冲击波信号叠加而成，每次信号值的突然变大，表示一个新的独立冲击波信号的到来。将其分解为多个独立
冲击波信号，结果如图4、图5、图6、图7所示。每个独立冲击波信号曲线基本符合典型冲击波信号特征：在某时刻冲击波信号到达，压力值突增，然后急剧衰减，降到负压区，然后缓慢回到环境压力值。
[0059]
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。