提升小波变换在激波信号特征提取中的应用.pdf

提升小波变换在激波信号特征提取中的应用 李培，孟凡华，吴学礼 河北科技大学电气信息学院，石家庄 (050018) E-mail: franfli@163.com 摘 要：本文以超声速飞行子弹穿过空气场时产生的激波为研究对象，应用虚拟仪器技术， 采用Labview 编程工具设计采集软件，配合实验室PCI6251 高速数据采集卡采集超声波数据， 采用优于传统小波变换的提升小波变换技术，对含有噪声的数据进行分析和滤波去噪处理， 从中提取出激波信号特征。 关键词：提升小波变换；激波；labview；滤波去噪 中图分类号：TP274+.2 文献标识码：B 1. 引言 根据空气动力学原理，当运动物体的运动速度大于局部声速时会产生冲击波，弹道声波 是超声速弹丸飞行时冲击空气分子所形成的激波(Shock waves) [1] 。子弹激波的应用越来越广 泛，尤其是在现代化军事训练中。例如在自动报靶、弹丸测速等中的应用。对此，本文结合 高速数据采集卡，运用虚拟仪器技术进行了信号采集并以文本的方式进行保存，应用提升小 波变换算法对激波信号进行滤波及特征提取。 2. 数据采集软件的设计 本软件采用LABVIEW 图形编程语言编写，主要分为三部分：参数的设置、测试与显示 模式选择、安全转移时间和采集时间的设定。 图1 采集软件的主界面 参数的设置是通过DAQ Configure VI实现的。DAQ Configure VI为一组指定的通道配置 模拟输入信息，即对采集卡硬件进行配置，并且给缓冲型的模拟输入分配一个缓冲区。NI 公司的M系列的高速数据采集卡PCI- 6251最高采样速度为1.25MS/s，高速的采样率适用于精 确地采集动态信号。PCI- 6251 具有16 个分辨率为16 位的模拟输入通道, 2个16 位分辨率 的模拟输出通道。最大电压输入范围为- 10V～+10V, 可以有7种输入范围选择, 此卡的多功 能性和灵活性非常适合用于激波采集。本采集软件参数设置如下：物理通道选择Dev1/ai0 ； 采样率设置为200kHz ；电压范围设置为- 5V～+5V ；输入缓存为2M字节。 采集和测试模式选择是通过分支结构来实现的。在测试模式下，是由False分支结构实 现，主要是观测采集的波形，而不对波形进行保存。在采集模式时，是由True分支结构实现， 主要是进行存盘操作。在此使用Write File VI完成此操作。 安全转移时间和采集时间的设定是分别通过两个不同的程序结构来完成的。 安全转移时间是指当需要进行打靶试验，进行数据采集时，试验人员必须安全离开危险 - 1 - 区域，在这段时间内不让进行数据保存以节省存储空间减少数据量，同时减小数据处理的难 度。该程序是由Time Delay和平铺顺序结构联合使用来实现的。采集时间是指数据采集并保 存的时间。采集数据的多少和采集时间成正比。采集时间的程序设计要稍复杂于安全转移时 间的设计。单采集时间完成后，程序自动结束运行。采集时间程序设计是由Tick Count VI 和平铺顺序结构以及一些逻辑运算VI等组成。当程序运行到平铺顺序结构时，第一个Tick Count VI开始计时，同时DAQmx Start Task.vi开始运行，这时开始采集并保存。第二个Tick Count VI为当前的时间，两个的差值与设定的采集时间进行比较，由比较VI完成，时间超过 设定时间时，程序即停止运行[2-4] 。程序的整体如图2所示： 图2 采集软件的程序框图 3. 小波以及提升格式 小波变换在时域和频域都具有局部化特性，它具有多分辨率特性，它的光滑度可以由它 的消失矩来决定。提升小波具有传统小波的多分辨率特性，同时它具有不依赖傅立叶变换、 结构简单、运算量低、原位