基于时频分析的飞行状态监视研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chen90245
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航空发动机的结构极其复杂,且在高温和高速的恶劣环境下工作,较易发生各种故障。这不但对飞机的飞行安全造成影响,而且也增加了飞机的运营成本。为了保证发动机的可靠运行,提前找出发动机可能存在或即将发生的故障是很有必要的。而飞行数据提供了飞机运行的丰富信息,其中的气路参数数据与发动机息息相关。本文希望通过对气路参数数据的时频分析总结其特征,为后续的评估发动机健康状况和预测发动机寿命奠定基础。飞行数据由于飞机状态的不断变化,及外界环境的影响,呈现非线性、非平稳的特征。对这类信号的处理,Huang等人于1998年提出的希尔伯特-黄变换(HHT)分析方法具有良好的效果,被选作本文时频分析的手段。HHT主要包括两个方面:经验模式分解(EMD)与希尔伯特谱分析。其中EMD是将信号分解成有限个固有模态函数和一个趋势项,其结果的好坏对整个分析结果有重要影响。但EMD本身存在诸多问题,模态混叠就是其中之一。因此以Huang等人近几年提出的基于白噪声辅助分析的总体经验模式分解(EEMD)来替代EMD,而互补形式的EEMD(CEEMD)可以有效消除加入的白噪声,且提高了分解效率。本文先对数据进行了奇异值分解去噪与五点三次平滑处理。之后针对飞机不同飞行阶段的特点,给出了不同的分析过程。依赖希尔伯特谱对时间、频率和幅值的同时综合显示,可以有效定位飞行数据中的突变信息。并给出了构造Hankel矩阵、IMF矩阵和HHS矩阵进行奇异值分解对数据序列突变程度的评估。具体实现上,本文以Visual C++完成飞行数据预处理操作和HHT分析所需要的软件。飞行数据的预处理包括:航班划分、错误修正及去噪操作。HHT分析部分实现对序列的CEEMD,对CEEMD结果的希尔伯特谱求解,和对信号序列的重构与边际谱分析。另外采用Matlab实现对CEEMD结果的掩膜信号后处理方法。
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