一种基于船体结构监测数据分析的滤波器参数设置方法技术

本发明专利技术属于船舶与海洋工程结构监测技术领域，具体涉及一种基于船体结构监测数据分析的滤波器参数设置方法。本发明专利技术解决了在对由传感器采集到的数据进行滤波处理时，由于参数设置不合理所造成滤波后的数据出现衰减和时延等问题。本发明专利技术只需根据滤波数据的频率信息、滤波后需要滤除数据的和需保留数据的频率信息，即可实现对监测数据进行数据滤波的滤波器参数设置。本发明专利技术能有效地避免经过滤波后的数据出现衰减和时延等问题，实现了经过滤波后的数据保真的目的，保证了由传感器测得时历数据的滤波效果，实用效果显著。本发明专利技术可实际应用到船体结构监测数据的数据滤波方面。

【技术实现步骤摘要】
一种基于船体结构监测数据分析的滤波器参数设置方法
本专利技术属于船舶与海洋工程结构监测
，具体涉及一种基于船体结构监测数据分析的滤波器参数设置方法。
技术介绍
在船舶与海洋工程结构物的营运过程中，由传感器采集到的结构应力信号、加速度信号和温度信号等监测数据中，常常混杂有船用设备的机械振动、主机振动及各种仪器的电磁干扰等高频噪声信号，以及随着船舶装载状态、吃水等缓慢变化引起的低频应力信号；这些高频信号和低频信号均属于噪声信号，故在进行监测数据的统计分析之前，需要对由传感器采集到的监测数据进行滤波处理，以剔除噪声信号。考虑到船舶与海洋工程结构监测与辅助决策系统对监测数据的数据滤波需求，进一步考虑到该系统需要对多种类型的监测数据进行滤波的情况，最终确定滤波器应具有低通滤波、高通滤波和带通滤波等3种滤波方式；其中，低通滤波可以保证低频信号不受衰减，而高频信号则受到极大地衰减，见图1；高通滤波是保证高频信号不受衰减通过，低频信号受到极大地衰减，见图2；带通滤波是保留中间频率的信号，过滤高、低频信号，见图3。事实上，滤波器的参数设置是一项十分重要的工作，若参数设置合理，则监测数据的滤波能达到很好的效果，但若参数设置的不合理，那么在保留的数据中将会混杂有其它的噪声信号，从而造成滤波后的数据出现衰减和时延问题，这会严重影响监测数据的滤波效果，也会为之后的数据处理和分析带来困难；正常情况下，滤波器参数的设置是通过人员经验的方式来进行的，对于经验丰富的人员，其可指定出较为合理的滤波器参数，但对于经验欠佳、或毫无经验的人员，其设置的滤波器参数时常存在不合理的问题；
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供解决滤波器参数设置方面的问题，能使输入数据获得很好的滤波效果，而不会出现衰减和时延问题，并能为滤波后数据的处理与分析带来便利的一种基于船体结构监测数据分析的滤波器参数设置方法。本专利技术的目的通过如下技术方案来实现：包括以下步骤：步骤1：获取待滤波的船体结构监测数据，确定要保留的数据频率范围；步骤2：若需要保留的数据频率小于采样频率时，采用低通滤波；根据需要保留的低频数据成分的最高频率fl和需要滤除的高频数据成分的最低频率fh，设定滤波器低通滤波的通带截止频率Ωp和阻带截止频率Ωs为：步骤3：若需要保留的数据频率大于船舶的遭遇频率ωe时，采用高通滤波；根据需要保留的高频数据成分的最低频率fH和需要滤除的低频数据成分的最高频率fL，设定滤波器高通滤波的通带截止频率Ωp和阻带截止频率Ωs为：步骤4：若需要保留最低频率为fpl、最高频率为fph的数据成分，则根据需要滤除的频率比fpl低的数据成分的最高频率fsh和需要滤除的频率比fph高的数据成分的最低频率fsl，设定滤波器带通滤波的通带截止频率上限Ωph、通带截止频率的下限Ωpl、阻带截止频率上限Ωsh和阻带截止频率下限Ωsl为：本专利技术的有益效果在于：本专利技术解决了在对由传感器采集到的数据进行滤波处理时，由于参数设置不合理所造成滤波后的数据出现衰减和时延等问题。本专利技术中给出的滤波器参数设置方法充分地保证了监测数据的滤波效果，并能为滤波后数据的处理与分析带来便利，进而保证了船舶与海洋工程结构监测与辅助决策系统各功能的顺利实现。本专利技术设计原理简单易懂，只需根据滤波数据的频率信息、滤波后需要滤除数据的和需保留数据的频率信息，即可实现对监测数据进行数据滤波的滤波器参数设置。本专利技术实用性强，可实际应用到船体结构监测数据的数据滤波方面，特别是针对低通滤波和高通滤波的通带截止频率、阻带截止频率，带通滤波的通带截止频率上下限、阻带截止频率上下限等参数的具体设置。本专利技术实用效果显著，能有效地避免经过滤波后的数据出现衰减和时延等问题，实现了经过滤波后的数据保真的目的，保证了由传感器测得时历数据的滤波效果。附图说明图1为低通滤波示意图。图2为高通滤波示意图。图3为带通滤波示意图。图4为本专利技术的流程图。图5为本专利技术的实施例中低通滤波的理想数据与输出数据对比图。图6为本专利技术的实施例中高通滤波的理想数据与输出数据对比图。图7为本专利技术的实施例中带通滤波的理想数据与输出数据对比图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述。本专利技术涉及船舶与海洋工程结构监测
，特别是涉及一种基于船体结构监测数据分析的滤波器参数设置方法。在船舶与海洋工程结构监测与辅助决策系统中，由传感器采集到的结构应力信号、加速度信号和温度信号等监测数据中常常混杂有噪声信号，需要采用合适的滤波器对监测数据进行滤波处理，以剔除噪声信号，而这其中滤波器参数的设置是一个很关键的问题；但目前滤波器参数的设置常是根据人员经验来实现的，对于经验丰富的人员，其可指定出较为合理的滤波器参数，但对于经验欠佳、或毫无经验的人员，其设置的滤波器参数时常存在不合理的问题，从而造成了滤波后的数据出现衰减和时延问题，进而影响了滤波器的滤波效果。因此，考虑到滤波器参数设置方面存在的问题，本专利技术给出了一种基于船体结构监测数据分析的滤波器参数设置方法，该方法是一种滤波器参数设置的确定性方法，通过统计分析输入数据包含的频率成分，然后根据需要保留数据的和滤除数据的频率信息即可完成滤波器参数的设置；该方法很好地解决了滤波器的参数设置的问题，能使监测数据获得很好的滤波效果，而不会出现衰减和时延问题，并能为滤波后数据的处理与分析带来便利。为有效地避免在采用滤波器对由传感器采集到的监测数据进行数据滤波后出现的数据衰减和时延问题，本专利技术给出了一种基于船体结构监测数据分析的滤波器参数设置的确定性方法，该方法通过统计分析输入数据包含的频率成分，然后根据需要保留数据的和滤除数据的频率信息可完成滤波器参数的设置；其中，滤波器的参数具体包括：高通滤波、低通滤波中的通带截止频率和阻带截止频率，带通滤波中的通带截止频率上限、下限和和阻带截止频率的上限、下限等。低通滤波：当需要保留的数据频率小于采样频率时，应采用低通滤波，采样频率一般为50～2000Hz。高通滤波：当需要保留的数据频率大于船舶的遭遇频率ωe时，应采用高通滤波。特别地，船舶的遭遇频率可按公式其中，ω为波浪频率；U为船舶的航速；θ为船舶的航向。1)低通滤波的通带截止频率和阻带截止频率设置方法根据准备进行低通滤波的监测数据的频率信息，令其需要保留的低频数据成分的最高频率为fl、需要滤除的高频数据成分的最低频率为fh，则低通滤波的通带截止频率Ωp可按公式(1)来设置，其阻带截止频率Ωs可按公式(2)来设置。2)高通滤波的阻带截止频率和通带截止频率设置方法根据准备进行高通滤波的监测数据的频率信息，令其需要保留的高频数据成分的最低频率为fH，需要滤除的低频数据成分的最高频率为fL，则高通滤波的通带截止频率ΩP可按公式(3)来设置，其阻带截止频率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于船体结构监测数据分析的滤波器参数设置方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：获取待滤波的船体结构监测数据，确定要保留的数据频率范围；/n步骤2：若需要保留的数据频率小于采样频率时，采用低通滤波；根据需要保留的低频数据成分的最高频率f

【技术特征摘要】
1.一种基于船体结构监测数据分析的滤波器参数设置方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：获取待滤波的船体结构监测数据，确定要保留的数据频率范围；
步骤2：若需要保留的数据频率小于采样频率时，采用低通滤波；根据需要保留的低频数据成分的最高频率fl和需要滤除的高频数据成分的最低频率fh，设定滤波器低通滤波的通带截止频率Ωp和阻带截止频率Ωs为：






步骤3：若需要保留的数据频率大于船舶的遭遇频率ωe时，采用高通滤波；根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉超，任慧龙，冯国庆，周学谦，杨旭东，张爱国，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，哈尔滨工程大学青岛船舶科技有限公司，青岛维斯安船舶科技有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23