聲發(fā)射信號分析中的粒子濾波理論及其算法與實現(xiàn).pdf

1、聲發(fā)射技術(shù)是一種能夠?qū)Y(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷做出實時診斷的新型動態(tài)無損檢測技術(shù)。聲發(fā)射信號處理主要有兩種方法:參數(shù)分析法和波形分析法，無論采用哪種方法，其中最基礎也是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是信號去噪。由于聲發(fā)射信號具有復雜性和非平穩(wěn)性，采用傳統(tǒng)的時域方法和頻域方法難以從中提取其有用信號，使得聲發(fā)射信號分析與處理受到了極大的限制。根據(jù)Rao-Blackwellised粒子濾波具有非線性、非高斯動態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)估計、對系統(tǒng)噪聲沒有任何限制、可提高信噪比、提高運算速

2、度的特點，本文提出了基于Rao-Blackwellised粒子濾波理論的聲發(fā)射實時在線處理方法，并基于室內(nèi)試驗資料，在已有研究成果基礎上進行了深入系統(tǒng)地研究。
　　首先，將地震波信號模型引入到聲發(fā)射信號的狀態(tài)空間模型中，利用貝葉斯理論，根據(jù)最新觀測值推演未知量的后驗概率密度分布，在此基礎上分別采用卡爾曼濾波、擴展卡爾曼濾波、無味卡爾曼濾波以及粒子濾波法對仿真信號進行研究，比較了各方法在聲發(fā)射信號分析中的優(yōu)勢與不足，發(fā)現(xiàn)了粒子濾波在

3、處理非線性非高斯信號時具有更高估計精度的特點;
　　在SHPB測試系統(tǒng)中利用PCI-2型聲發(fā)射儀采集了石灰?guī)r、矽卡巖和花崗巖3種不同巖石試樣的聲發(fā)射信號，利用Rao-Blackwellised粒子濾波對含噪聲發(fā)射信號進行降噪處理，大大提高了運算速度;
　　提出了一套完整的Rao-Blackwellised粒子濾波算法，基于Matlab語言，對采集的聲發(fā)射信號進行實時分析，發(fā)現(xiàn)當前狀態(tài)估計僅與前一時刻有關(guān)，而與將來時刻無關(guān)，表

4、明Rao-Blackwellised粒子濾波對聲發(fā)射信號具有實時在線處理的功能;
　　最后，針對石灰?guī)r、矽卡巖和花崗巖聲發(fā)射信號具有瞬態(tài)性、復雜性和非平穩(wěn)性的特點，將Rao-Blackwellised粒子濾波用于聲發(fā)射信號去噪，去噪后的信號更加清晰且主頻段特征基本保持不變，結(jié)合參數(shù)分析法與波形分析法反演出巖石樣品的物理特性，發(fā)現(xiàn)了巖石樣品更多的內(nèi)在特征。
　　本文所作研究工作，立足于學科前沿，采用先進的數(shù)學計算方法和信號處理