專利名稱：數(shù)據(jù)頻率分析的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù) 據(jù)頻率分析的方法和裝置。特別地，本發(fā)明應(yīng)用于飛機飛行包線打 開試驗(essais d' ouverture)的數(shù)據(jù)分析。本發(fā)明尤其在航空領(lǐng)域中應(yīng)用于飛行控制，例如結(jié)構(gòu)的振動模態(tài)的飛行分析和控 制；在汽車領(lǐng)域中，應(yīng)用于運輸工具的振動的研究和控制；在電動力學(xué)方面(發(fā)電機的控 制)，尤其在核領(lǐng)域中，應(yīng)用于反應(yīng)堆芯的振動監(jiān)測；應(yīng)用于力學(xué)(活動部件的研究和控制) 中、地震學(xué)(石油勘探中所使用的信號的研究)中和在動物學(xué)(動物發(fā)出的聲音的研究) 中。本發(fā)明的目標(biāo)是，在測試過程(在飛機的情況下，是在飛行過程中)中估計運輸工 具的特征，特別是共振頻率和頻譜特征。換言之，涉及從來自安裝在運輸工具上的傳感器的 非常大量的信息，非常快速地、甚至實時地抽取恰當(dāng)?shù)男盘枴?br> 背景技術(shù)：
如此確定的所有系統(tǒng)特征允許設(shè)計者改善系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以便增加其舒適性、其飛行 包線、其消耗等。希望分析的信號由向其添加有一個或多個正弦信號的噪聲組成，所述正弦信號的 頻率和振幅可隨時間而變化。涉及實時地估計這些頻率和這些振幅。在作為研究空氣動力、慣性力和彈性力之間相互作用的學(xué)科的空氣彈性力學(xué)的領(lǐng) 域中，顫振(flottement)現(xiàn)象是非常危險的飛機結(jié)構(gòu)(機翼、機身、尾翼...)的震蕩性不 穩(wěn)定，因為它可能通過損壞結(jié)構(gòu)直至斷裂而影響該結(jié)構(gòu)的完整性。正是兩種或多種具有不 同性質(zhì)的飛機結(jié)構(gòu)運動的組合，以適當(dāng)相位差允許空氣動力學(xué)力向系統(tǒng)提供能量。因而，將 穩(wěn)定現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為能量不再被耗散的不穩(wěn)定現(xiàn)象這是模態(tài)耦合(couplage de modes)。最 經(jīng)常被提及的例子是機翼的顫振，其產(chǎn)生自彎曲和扭曲的模態(tài)之間的耦合，這些模態(tài)在正 交相位(quadrature de phase)導(dǎo)致具有與移動相同的方向的升力的空氣動力學(xué)力，并因 此導(dǎo)致發(fā)散性振蕩。在表征顫振中幾個參數(shù)是有影響的質(zhì)量、剛度、結(jié)構(gòu)的形狀以及操作狀態(tài)例如速 度。為了預(yù)防該現(xiàn)象，飛機制造者應(yīng)當(dāng)研究并證明，如果存在的話，其出現(xiàn)閾值位于最大運 行速度以外(增加15% )。首先進行風(fēng)箱試驗，并通過飛機結(jié)構(gòu)的地面振動試驗來補充。理 論研究因而使得能夠定義沒有顫振的范圍，由此將可以通過“激勵”飛機結(jié)構(gòu)而逐步實現(xiàn)飛 行包線全面打開。使用模態(tài)參數(shù)的識別方法以便準(zhǔn)實時地抽取頻率值和阻尼值，并研究其在飛行包 線中的演變。來自顫振試驗的時間數(shù)據(jù)的分析是復(fù)雜的數(shù)據(jù)被噪聲污染并需要通過信號 處理(尤其是濾波和亞采樣)的修整(mise en forme)。目前，使用數(shù)個傳感器以“全面地” 并自動地抽取空氣彈性力學(xué)結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)。已知文獻W003005229，其描述了對來自傳感器的信號的頻率分析系統(tǒng)。然而，該分 析的解析方案是有限的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服這些缺點。 因此，根據(jù)第一方面，本發(fā)明旨在一種系統(tǒng)頻率分析方法，其特征在于，所述方法 包括-來自第一傳感器的信號的輸入步驟，-來自至少一個第二傳感器的信號的輸入步驟，將每個第二傳感器安置在第一傳 感器附近以便來自每個第二傳感器的信號與來自第一傳感器的信號高度關(guān)聯(lián)，-對于每個傳感器估計基于第一和每個第二傳感器的所有信號建立的傳遞函數(shù)或 模型的估計步驟，和-利用每個經(jīng)估計的模型抽取系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特性的抽取步驟。模型將來自傳感器的信號視作通過白噪聲激發(fā)的濾波器的輸出(sortie)。結(jié)構(gòu)特 性包括例如頻譜特性、頻率、振幅、初始相、阻尼、模態(tài)。因此，將表示結(jié)構(gòu)模態(tài)的模型視作是線性的。借助于本發(fā)明的實施，可以通過進行 頻率/阻尼耦合的在線監(jiān)測實現(xiàn)實時處理。由于能夠?qū)崟r地掌握系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特性，因而本 發(fā)明使得能夠?qū)崟r地確保系統(tǒng)例如飛機的性能是令人滿意的。因此，通過滿足節(jié)省時間和 因此減少成本的不斷增長的約束，改善了所使用的分析方法。根據(jù)特別的特征，在估計步驟中，將來自傳感器的信號視作多項式。由于這些規(guī) 定，信號的表示是密集的，因為多項式的系數(shù)的數(shù)目比使用的信號采樣的數(shù)目小得多。根據(jù)特別的特征，在估計步驟的過程中，解析具有隨時間和隨傳感器之間的空間 緩慢變化的系數(shù)的線性遞推方程。根據(jù)特別的特征，所述估計步驟包括-關(guān)于時間、階數(shù)和傳感器的空間的遞推適應(yīng)性建模步驟，和-根據(jù)適應(yīng)性建模步驟的結(jié)果對于每個階數(shù)的模態(tài)估計步驟。根據(jù)特別的特征，來自傳感器的信號的每個輸入步驟包括先于適應(yīng)性建模步驟的 來自傳感器的信號的噪聲水平的實時降低步驟。根據(jù)特別的特征，模態(tài)估計步驟包括根據(jù)適應(yīng)性建模步驟的結(jié)果抽取模型參數(shù)的 抽取步驟。根據(jù)特別的特征，模型參數(shù)的抽取步驟包括具有N階和等于傳感器數(shù)目的維數(shù) 的多項式矩陣的求逆步驟。根據(jù)特別的特征，模態(tài)估計步驟適合于提供構(gòu)成一組冗余信息的每個模型的參 數(shù)，該組冗余信息使得能夠減小所估計的模態(tài)的方差。根據(jù)特別的特征，適應(yīng)性建模步驟進行ARMA “自回歸移動平均”類型的建模。根據(jù)特別的特征，所述ARMA類型的建模在每個時刻對于每個傳感器和對于所考 慮的所有階數(shù)進行。根據(jù)特別的特征，估計步驟包括多項式矩陣的求逆步驟，所述矩陣是對稱互譜矩 陣，其在其主對角線上表示每個傳感器的功率譜密度，換言之，互譜。根據(jù)特別的特征，適應(yīng)性建模步驟包括下述步驟的關(guān)于時間、關(guān)于模型的階數(shù)N =[1,2,..., Nmax])和傳感器的數(shù)目的遞推
-前和后線性預(yù)測誤差向量的計算，-后和前部分相關(guān)矩陣的計算，-前和后線性預(yù)測誤差的協(xié)方差矩陣的計算，-后和前線性預(yù)測誤差的冪矩陣的計算，_增益向量的直接計算
權(quán)利要求
1.數(shù)據(jù)頻率分析方法，其特征在于，所述方法包括 -來自第一傳感器的信號的輸入步驟(310)，-來自至少一個第二傳感器的信號的輸入步驟(315)，每個第二傳感器定位在所述第 一傳感器附近以便來自每個第二傳感器的信號與來自所述第一傳感器的信號高度相關(guān)，_對于每個傳感器估計基于所述第一傳感器和每個第二傳感器的所有信號建立的傳遞 函數(shù)或模型的估計步驟，和-利用每個估計的模型抽取系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特性的抽取步驟(320)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述抽取步驟(320)的過程中，將來自 所述傳感器的信號視為多項式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述抽取步驟(320)的過程中，解 析具有隨時間和隨傳感器之間的空間緩慢變化的系數(shù)的線性遞推方程。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，所述抽取步驟(320)包括 -關(guān)于時間、階數(shù)和傳感器的空間的遞推適應(yīng)性建模步驟，和-根據(jù)所述適應(yīng)性建模步驟對于每個階數(shù)的模態(tài)估計步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，每個來自傳感器的信號的輸入步驟包括 在所述適應(yīng)性建模步驟之前的來自傳感器的信號的噪聲水平的實時降低步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述模態(tài)估計步驟包括根據(jù)所述適應(yīng) 性建模步驟的結(jié)果抽取模型參數(shù)的抽取步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述的模型參數(shù)的抽取步驟包括階數(shù)為N 和維數(shù)等于傳感器數(shù)目的多項式矩陣的求逆步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至7中任一項所述的方法，其特征在于，所述模態(tài)估計步驟適合于提 供構(gòu)成一組冗余信息的每個模型的參數(shù)，該組冗余信息允許減小被估計模態(tài)的方差。
9.根據(jù)權(quán)利要求4至8中任一項所述的方法，其特征在于，所述適應(yīng)性建模步驟進行參 數(shù)類型的建模。
10.根據(jù)權(quán)利要求4至9中任一項所述的方法，其特征在于，所述適應(yīng)性建模步驟進行 ARMA也就是“自回歸移動平均”類型的建模。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于，所述ARMA類型的建模在每個時刻對于每個 傳感器和對于所有所考慮的階數(shù)來進行。
12.根據(jù)權(quán)利要求4至11中任一項所述的方法，其特征在于，所述方法包括多項式矩陣 的求逆的步驟，所述多項式矩陣是對稱互譜矩陣，該對稱互譜矩陣在其主對角線上表示每 個傳感器的功率譜密度，換言之，互譜。
13.根據(jù)權(quán)利要求4至12中任一項所述的方法，其特征在于，所述適應(yīng)性建模步驟包 括下述步驟的以在時刻η對于階數(shù)N = 0為起始條件的關(guān)于時間、包括關(guān)于模型階數(shù)N = [1,2,... ,Nmax]遞推的遞推-前和后線性預(yù)測誤差向量的計算， -后和前部分相關(guān)矩陣的計算， -前和后線性預(yù)測誤差的協(xié)方差矩陣的計算， -前線性預(yù)測誤差的冪矩陣的計算， -增益向量的直接計算，\*f 0J其中α為標(biāo)量，λ為遺忘因子，并且=OcK~通過知道< 遞推計算向量gj^，和 -矩陣Ak的計算，Ak表示模型，k = 1至N。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項所述的方法，其特征在于，所述方法包括通過應(yīng)用以 下兩個約束之一對來自所述模態(tài)估計步驟的模態(tài)進行分類的步驟-每類僅一個來自相同模型的模態(tài)，和 -所有估計不受估計來源影響地具有相同權(quán)重。
15.可加載于信息系統(tǒng)中的計算機程序，所述程序包含允許實施根據(jù)權(quán)利要求1至14 中任一項所述的方法的指令。
全文摘要
數(shù)據(jù)頻率分析方法包括來自第一傳感器的信號的輸入步驟(310)；來自至少一個第二傳感器的信號的輸入步驟(315)，每個第二傳感器被安置在第一傳感器附近以便來自每個第二傳感器的信號與來自第一傳感器的信號高度相關(guān)；對于每個傳感器估計基于第一傳感器和每個第二傳感器的所有信號建立的傳遞函數(shù)或模型的估計步驟；和利用每個經(jīng)估計的模型抽取系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特性的抽取步驟(320)。
文檔編號G01M7/02GK102105771SQ200980126699
公開日2011年6月22日 申請日期2009年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月7日
發(fā)明者C·都德, P·米歇爾 申請人:空中客車運營公司