基于语音编码的旋转机械振动数据压缩关键技术与系统研究
发布时间：2020-10-09 05:59
旋转机械是坦克等武器装备系统的关键部件之一,其振动状态监测对于提高武器装备的可靠性与安全性、促进视情维修技术的发展具有十分重要的意义。大型旋转机械振动监测向综合、高速、连续和网络化趋势发展。海量监测数据的实时传输与同步存储已成为亟待解决的成本与技术瓶颈问题,解决这些难题的一个有效途径是进行旋转机械振动数据压缩。本文以某型装甲车辆载荷谱测试和发动机全面鉴定试验为背景,立足于测试数据压缩这一仪器科学与技术的学科前沿和新的生长点,从标准化和多学科深层次交叉融合的角度出发,旨在将业已成熟的标准语音编码技术应用于旋转机械振动数据压缩领域。围绕基于语音编码的旋转机械振动数据压缩关键技术与系统实现展开研究。主要内容包括以下几个部分: 1.根据旋转机械状态监测与振动数据压缩试验的需求,基于振动信号本质特征,建立了涵盖基频振动、谐波振动、拟周期振动、冲击振动、调制型振动乃至混沌振动等典型状态的广义归一化旋转机械振动信号模型。 2.在继承和发展语音、图像及其它领域数据压缩评价方法的基础上,建立了一套较为完备的综合衡量旋转机械振动数据压缩与重构性能的评价方法。主要包括时频域主观视觉验证、压缩效率、算法复杂度、时延特性和时频域重构信号质量等主客观数字评价指标,以及基于主客观数字评价指标线性加权最优的多目标优化综合评价原则。 3.针对语音编码与旋转机械振动信号处理的关键技术,从信源产生机理、经典数学模型、基本处理单元、信息冗余消除以及工程应用等不同层面进行广泛的类比分析,定性讨论了语音编码技术在旋转机械振动数据压缩中的适用性。基于广义归一化振动信号模型和综合评价方法,应用ADPCM波形编码、G.729A参数编码、MP3感知编码和EZW变换编码四种代表性语音编码算法进行振动数据压缩与重构仿真试验。从定性和定量的角度,仿真验证了经典语音编码算法在旋转机械振动数据压缩中应用的可行性和有效性。 4.在试验对比分析的基础上,从压缩效率、重构信号质量、算法复杂度及适用性等方面,讨论了四种经典语音编码算法在旋转机械振动数据压缩中的综合性能及其优化思路。为进一步提高压缩效率,提出了基于数据稀化和语音编码的旋转机械振动数据联合压缩算法。 5.从服务于旋转机械综合、高速、连续和网络化振动测试的角度,借鉴GPIB、VXI、PXI和LXI系统规范,基于多DSP并行处理、嵌入式PC104和MC3一体化等数字化测试技术,自主研制和设计了高性价比的Ⅰ型类GPIB、Ⅱ型和Ⅲ型类VXI/PXI以及基于LXI的IV型旋转机械综合振动测试与实时压缩处理系统,为基于语音编码的旋转机械振动数据压缩技术研究提供了实验平台。 6.以多功能轴承-转子实验台为对象构建旋转机械振动测试与数据压缩实验系统。对论文提出的基于语音编码的旋转机械振动数据压缩算法进行了实验研究。进一步验证了基于语音编码的振动数据压缩方法的可行性和有效性。
【学位单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2011
【中图分类】：TH165.3
【文章目录】：
主要缩略词和符号说明
表目录
图目录
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及问题提出
1.1.1 装甲车辆载荷谱测试与发动机鉴定试验的现实需求
1.1.2 黑匣子技术发展的突破口
1.1.3 问题提出与论文选题
1.2 旋转机械振动数据压缩技术发展现状
1.3 语音编码在旋转机械振动数据压缩中应用的工程启示和研究价值
1.3.1 工程应用启示
1.3.2 研究价值和意义
1.4 语音编码技术综述
1.4.1 波形编码
1.4.2 参数编码
1.4.3 感知编码
1.4.4 变换编码
1.5 基于语音编码的旋转机械振动数据压缩关键技术分析
1.6 本文的主要研究工作及内容安排
第二章 广义归一化振动信号模型与压缩算法综合评价方法
2.1 旋转机械振动信号建模分析
2.1.1 服务于振动数据压缩的信号建模需求分析
2.1.2 旋转机械典型振动信号及其建模
2.2 广义归一化旋转机械振动信号模型建立
2.3 旋转机械振动数据压缩算法综合评价方法
2.3.1 主客观数字评价指标
2.3.2 多目标优化综合评价准则
2.4 本章小结
第三章 语音编码在旋转机械振动数据压缩中的应用研究
3.1 语音编码在旋转机械振动数据压缩中的适用性研究
3.2 经典语音编码算法及其适用性分析
3.2.1 ADPCM 波形编码算法
3.2.2 G.729A 参数编码算法
3.2.3 MP3 感知编码算法
3.2.4 EZW 变换编码算法
3.3 基于语音编码的旋转机械振动数据压缩仿真试验研究
3.3.1 ADPCM 算法仿真试验
3.3.2 G.729A 算法仿真试验
3.3.3 MP3 算法仿真试验
3.3.4 EZW 算法仿真试验
3.3.5 经典语音编码算法仿真试验对比分析
3.4 基于数据稀化和语音编码的振动数据联合压缩算法研究
3.5 本章小结
第四章 旋转机械综合振动测试与实时压缩系统研究
4.1 系统总体需求分析和研发思路
4.1.1 系统总体需求分析
4.1.2 高性价比系统研发思路
4.2 Ⅰ 型系统研制
4.2.1 系统总体设计
4.2.2 零槽通信控制与海量数据存储模块研制
4.2.3 多通道高速连续采集与同步传输模块研制
4.2.4 数据采集高性能模拟前端的经典实现
4.2.5 智能计数和整周期同步采样控制模块研制
4.2.6 命令控制与数据传输通信链路设计
4.2.7 系统软件设计
4.3 Ⅱ 型系统研制
4.3.1 系统总体设计
4.3.2 零槽通信控制与海量数据存储模块研制
4.3.3 基于多DSP 并行处理SLC 的MC3 一体化总线设计
4.3.4 高速采集与实时处理模块研制
4.3.5 高精度采集与实时处理模块研制
4.3.6 新型智能计数与整周期同步采样控制模块研制
4.3.7 系统软件设计
4.4 Ⅲ 型系统研制
4.4.1 系统总体设计
4.4.2 零槽通信控制模块研制
4.4.3 新型高速连续采集与实时处理模块研制
4.4.4 系统通信控制与数据传输链路设计
4.5 基于LXI 技术的Ⅳ 型系统设计
4.5.1 基于LXI 技术的Ⅳ 型系统总体设计
4.5.2 LXI 采集处理设备设计
4.5.3 基于POE 技术的LAN 端口与自封装电源的一体化设计
4.5.4 LXI 同步触发实现
4.5.5 海量数据高速存储系统的开放性设计
4.5.6 可扩展数字处理终端的开放性设计
4.6 本章小结
第五章 旋转机械振动数据压缩实验研究
5.1 旋转机械振动数据压缩实验设计
5.1.1 实验系统设计
5.1.2 整周期同步采样实现方法
5.1.3 实验条件设置与数据获取
5.2 旋转机械振动数据压缩实验研究
5.2.1 ADPCM 算法实验
5.2.2 G.729A 算法实验
5.2.3 MP3 算法实验
5.2.4 EZW 算法实验
5.2.5 经典语音编码算法对比实验
5.2.6 基于数据稀化和语音编码的联合压缩算法实验
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 主要研究工作与结论
6.2 研究展望
致谢
参考文献表
作者在学期间发表及撰写的学术论文
作者在学期间参加的科研项目及获奖情况
本文编号：2833313
【学位单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2011
【中图分类】：TH165.3
【文章目录】：
主要缩略词和符号说明
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图目录
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及问题提出
1.1.1 装甲车辆载荷谱测试与发动机鉴定试验的现实需求
1.1.2 黑匣子技术发展的突破口
1.1.3 问题提出与论文选题
1.2 旋转机械振动数据压缩技术发展现状
1.3 语音编码在旋转机械振动数据压缩中应用的工程启示和研究价值
1.3.1 工程应用启示
1.3.2 研究价值和意义
1.4 语音编码技术综述
1.4.1 波形编码
1.4.2 参数编码
1.4.3 感知编码
1.4.4 变换编码
1.5 基于语音编码的旋转机械振动数据压缩关键技术分析
1.6 本文的主要研究工作及内容安排
第二章 广义归一化振动信号模型与压缩算法综合评价方法
2.1 旋转机械振动信号建模分析
2.1.1 服务于振动数据压缩的信号建模需求分析
2.1.2 旋转机械典型振动信号及其建模
2.2 广义归一化旋转机械振动信号模型建立
2.3 旋转机械振动数据压缩算法综合评价方法
2.3.1 主客观数字评价指标
2.3.2 多目标优化综合评价准则
2.4 本章小结
第三章 语音编码在旋转机械振动数据压缩中的应用研究
3.1 语音编码在旋转机械振动数据压缩中的适用性研究
3.2 经典语音编码算法及其适用性分析
3.2.1 ADPCM 波形编码算法
3.2.2 G.729A 参数编码算法
3.2.3 MP3 感知编码算法
3.2.4 EZW 变换编码算法
3.3 基于语音编码的旋转机械振动数据压缩仿真试验研究
3.3.1 ADPCM 算法仿真试验
3.3.2 G.729A 算法仿真试验
3.3.3 MP3 算法仿真试验
3.3.4 EZW 算法仿真试验
3.3.5 经典语音编码算法仿真试验对比分析
3.4 基于数据稀化和语音编码的振动数据联合压缩算法研究
3.5 本章小结
第四章 旋转机械综合振动测试与实时压缩系统研究
4.1 系统总体需求分析和研发思路
4.1.1 系统总体需求分析
4.1.2 高性价比系统研发思路
4.2 Ⅰ 型系统研制
4.2.1 系统总体设计
4.2.2 零槽通信控制与海量数据存储模块研制
4.2.3 多通道高速连续采集与同步传输模块研制
4.2.4 数据采集高性能模拟前端的经典实现
4.2.5 智能计数和整周期同步采样控制模块研制
4.2.6 命令控制与数据传输通信链路设计
4.2.7 系统软件设计
4.3 Ⅱ 型系统研制
4.3.1 系统总体设计
4.3.2 零槽通信控制与海量数据存储模块研制
4.3.3 基于多DSP 并行处理SLC 的MC3 一体化总线设计
4.3.4 高速采集与实时处理模块研制
4.3.5 高精度采集与实时处理模块研制
4.3.6 新型智能计数与整周期同步采样控制模块研制
4.3.7 系统软件设计
4.4 Ⅲ 型系统研制
4.4.1 系统总体设计
4.4.2 零槽通信控制模块研制
4.4.3 新型高速连续采集与实时处理模块研制
4.4.4 系统通信控制与数据传输链路设计
4.5 基于LXI 技术的Ⅳ 型系统设计
4.5.1 基于LXI 技术的Ⅳ 型系统总体设计
4.5.2 LXI 采集处理设备设计
4.5.3 基于POE 技术的LAN 端口与自封装电源的一体化设计
4.5.4 LXI 同步触发实现
4.5.5 海量数据高速存储系统的开放性设计
4.5.6 可扩展数字处理终端的开放性设计
4.6 本章小结
第五章 旋转机械振动数据压缩实验研究
5.1 旋转机械振动数据压缩实验设计
5.1.1 实验系统设计
5.1.2 整周期同步采样实现方法
5.1.3 实验条件设置与数据获取
5.2 旋转机械振动数据压缩实验研究
5.2.1 ADPCM 算法实验
5.2.2 G.729A 算法实验
5.2.3 MP3 算法实验
5.2.4 EZW 算法实验
5.2.5 经典语音编码算法对比实验
5.2.6 基于数据稀化和语音编码的联合压缩算法实验
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 主要研究工作与结论
6.2 研究展望
致谢
参考文献表
作者在学期间发表及撰写的学术论文
作者在学期间参加的科研项目及获奖情况
【引证文献】
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3 陈仲生;直升机旋转部件故障特征提取的高阶统计量方法研究[D];国防科学技术大学;2004年
4 陶利民;转子高精度动平衡测试与自动平衡技术研究[D];国防科学技术大学;2006年
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2 陈佳;齿轮故障信号实时压缩算法研究[D];重庆大学;2014年
本文编号：2833313
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