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提出一种在振动源个数未知的情况下，采用自然梯度算法分离环境噪声信号的同时提取柴油机早期多故障的方法。通过分析信号的非平稳特性，应用具有白适应时变特征的非线性激活函数，根据归一化峭度判断信号统计特性，从而高效真实地反映设备运行状态。为了有效提取信号特征，探讨不同传感器数量对信号分离精度和故障识别的影响，应用实例诊断出柴油机的磨损和撞击故障。结果表明，该方法可有效消除振动信号采集过程中混入的噪声，同时分离未知个数的故障源，为柴油机多故障识别诊断提供理论依据。