淺談信號(hào)分析與處理方法及應(yīng)用

1、淺談信號(hào)分析與處理方法及應(yīng)用論文 淺談信號(hào)分析與處理方法及應(yīng)用論文第一章 第一章、信號(hào)系統(tǒng)的線性分析 、信號(hào)系統(tǒng)的線性分析數(shù)字信號(hào)處理是一個(gè)新的學(xué)科領(lǐng)域，它通過計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，用數(shù)字方式去處理數(shù)字或符號(hào)所表示的序列，以得到更符合人們要求的信號(hào)形式。傳統(tǒng)的超聲波檢測(cè)用手工進(jìn)行，操作人員憑借經(jīng)驗(yàn)對(duì)探傷儀上顯示的波形進(jìn)行評(píng)定，有一定的主觀性，缺乏對(duì)信號(hào)本身的解剖，無法從根本上求證信號(hào)與被測(cè)對(duì)象之間的必然聯(lián)系。為了能準(zhǔn)確地提取出蘊(yùn)涵于超聲

2、波信號(hào)中的信息，我們可以利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，從時(shí)域方面建立超聲波信號(hào)的有限參數(shù)模型，從而將含在大量數(shù)據(jù)中的信息濃縮在有限個(gè)參數(shù)上。模型不僅可用于對(duì)信號(hào)的內(nèi)在變化規(guī)律性與統(tǒng)計(jì)特性的描述，還可用于對(duì)過程的預(yù)測(cè)、控制，或?qū)υO(shè)備的工況監(jiān)測(cè)、故障診斷等等，它比一個(gè)具體的時(shí)間序列或按數(shù)據(jù)所估計(jì)的特征量，更具有代表性。信號(hào)可定義為一個(gè)承載信息的函數(shù)，通常表示為時(shí)間，的函數(shù)。對(duì)于幅度和時(shí)間都取連續(xù)值的信號(hào)稱為模擬信號(hào)或時(shí)域連續(xù)信號(hào)；對(duì)于幅度值取連續(xù)值

3、，而時(shí)間耿離散值的信號(hào)成為時(shí)域離散信號(hào)；而對(duì)于幅度和時(shí)問均為離散值的信號(hào)稱為數(shù)字信號(hào)。我們所研究的超聲回波信號(hào)就屬于幅度和時(shí)間均為離散值的信號(hào)，亦稱為超聲回波的數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)處理是一個(gè)新的學(xué)科領(lǐng)域，它是把數(shù)字或符號(hào)表示的序列，通過計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，用數(shù)字方式去處理這些序列，以達(dá)到更符合人們要求的信號(hào)形式。例如對(duì)信號(hào)的濾波、信號(hào)有用分量的提取和增強(qiáng)、無用分量的削弱以及對(duì)信號(hào)某些特征參數(shù)的估計(jì)?？傊彩怯脭?shù)字方式對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波、變

4、換、增強(qiáng)、壓縮、估計(jì)、識(shí)別等都是數(shù)字信號(hào)處理的研究對(duì)象。時(shí)域信號(hào)到頻域信號(hào)的轉(zhuǎn)換是進(jìn)行超聲波頻譜分析的基礎(chǔ)。頻譜分析是對(duì)信號(hào)在頻率域內(nèi)進(jìn)行分析，分析的結(jié)果是以頻率為坐標(biāo)的相關(guān)物理量的譜線或曲線。以模擬信號(hào)的數(shù)字化處理系統(tǒng)為例，此系統(tǒng)先把模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)，然后用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行處理，最后再還原成模擬信號(hào)。由于數(shù)字信號(hào)處理的直接對(duì)象是數(shù)字信號(hào)，處理的方式是數(shù)值運(yùn)算方式，使它相對(duì)模擬信號(hào)處理具有許多優(yōu)點(diǎn)，歸納起來有以下幾點(diǎn)：(1) 靈活性式

5、） 、信號(hào)的存儲(chǔ)、信號(hào)的檢測(cè)與控制等。也可以把這些與信號(hào)有關(guān)的過程統(tǒng)稱為信號(hào)處理。 在事件變化過程中抽取特征信號(hào)，經(jīng)去干擾、分析、綜合、變換和運(yùn)算等處理，從而得到反映事件變化本質(zhì)或處理者感興趣的的信息的過程。分模擬信號(hào)處理和數(shù)字信號(hào)處理。隨著數(shù)字計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，信號(hào)處理的理論和方法也得以發(fā)展。在我們的面前出現(xiàn)了不受物理制約的純數(shù)學(xué)的加工，即算法，并確立了信號(hào)處理的領(lǐng)域?，F(xiàn)在，對(duì)于信號(hào)的處理，人們通常是先把模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)，然后

6、利用高效的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP: Digital Signal Processor)或計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。 一般地講，數(shù)字信號(hào)處理涉及三個(gè)步驟： (一) 模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D 轉(zhuǎn)換)：把模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)，是一個(gè)對(duì)自變量和幅值同時(shí)進(jìn)行離散化的過程，基本的理論保證是采樣定理。 (二) 數(shù)字信號(hào)處理(DSP)：包括變換域分析(如頻域變換)、數(shù)字濾波、識(shí)別、合成等。 (三) 數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A 轉(zhuǎn)換)：把經(jīng)過處

7、理的數(shù)字信號(hào)還原為模擬信號(hào)。通常，這一步并不是必須的。 作為 DSP 的成功例子有很多，如醫(yī)用 CT 斷層成像掃描儀的發(fā)明。它是利用生物體的各個(gè)部位對(duì) X 射線吸收率不同的現(xiàn)象，并利用各個(gè)方向掃描的投影數(shù)據(jù)再構(gòu)造出檢測(cè)體剖面圖的儀器。這種儀器中 FFT(快速傅里葉變換)起到了快速計(jì)算的作用。以后相繼研制出的還有：采用正電子的 CT 機(jī)和基于核磁共振的 CT 機(jī)等儀器，它們?yōu)獒t(yī)學(xué)領(lǐng)域作出了很大的貢獻(xiàn)。第三章 第三章、信號(hào)分析與處理的方

8、法 、信號(hào)分析與處理的方法對(duì)于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，為了消除干擾信號(hào)，通常需要對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波，常采用的數(shù)字濾波法有以下幾種：一、算術(shù)平均濾波法算術(shù)平均濾波法是指對(duì)一點(diǎn)數(shù)據(jù)連續(xù)采 n 個(gè)值，然后取其平均值。這種方法能夠?yàn)V除一般的隨機(jī)干擾信號(hào)，使信號(hào)變的平滑，但當(dāng) n 值較大時(shí)，靈敏度會(huì)降低，故 n 值要視具體情況進(jìn)行選取。一般情況下取 3～5 平均即可。二、滑動(dòng)平均濾波法算術(shù)平均濾波法每計(jì)算一次數(shù)據(jù)需要采集 n 次數(shù)據(jù)，這對(duì)于測(cè)量