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针对柴油机振动信号非线性非平稳性的特点，提出一种相空间重构理论、局域波法与主分量分析相结合的信号特征提取模型，该模型首先应用相空间重构理论从已知时间序列中抽取动力系统，然后通过主分量提取以降低空间维数、突出故障信息，最后使用局域波时频分析方法对提取的主分量进行分析。通过对6BB1型柴油机实测信号进行的特征提取与分析表明，该方法能去除柴油机振动信号局域波时频图中的冗余信息，突出故障信息，从而证明了方法的有效性。