本发明属于液体火箭发动机涡轮泵轴承故障诊断领域，具体涉及一种基于双重自适应滤波的液体火箭发动机涡轮泵轴承故障诊断方法及相关设备。
背景技术：
1、轴承作为各类旋转机械传动系统中的重要组成部分，旨在承载轴系部件以提高系统的机械效率及可靠性，广泛应用于液体火箭发动机涡轮泵这样的高速旋转场合，其若发生故障将影响液体火箭发动机系统的性能，严重时甚至会造成灾难性事故，带来巨大的经济损失。
2、发生故障的轴承，其振动信号常表现出二阶循环平稳特性，因此循环平稳分析是实现轴承故障诊断的强有力工具。为了提升循环平稳分析对于轴承故障的诊断准确性，需要对所采集到的振动信号进行滤波。实际所采集的振动信号中常常存在一阶循环平稳成分，会产生大量的谐波干扰，现有液体火箭发动机涡轮泵轴承故障诊断过程中经常忽视该干扰，导致诊断结果产生偏差；另外，现有液体火箭发动机涡轮泵轴承故障诊断过程中，自适应滤波器需要准确知道有关故障特征的先验知识，即准确的故障特征参考信号，滤波器才能拥有较好的提取性能，但实际情况复杂，在大部分情况下无法提前预知故障提取特征频率，即实际中循环频率集合未知。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于双重自适应滤波的液体火箭发动机涡轮泵轴承故障诊断方法及相关设备，能够准确从故障的液体火箭发动机涡轮泵轴承振动信号中提取得到和故障相关的纯二阶循环平稳信号，滤波过程能够自适应系统状态的变化，能够为基于循环平稳分析的轴承故障诊断方法提供可靠的前处理结果，最终实现液体火箭发动机涡轮泵轴承故障的准确诊断。
2、为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：
3、根据本发明的第一方面，提供一种基于双重自适应滤波的液体火箭发动机涡轮泵轴承故障诊断方法，包括：
4、获取待诊断轴承的原始振动信号；
5、将所述原始振动信号通过自适应线谱增强器处理，得到消除一阶循环平稳信号干扰后的振动信号；
6、对所述消除一阶循环平稳信号干扰后的振动信号进行盲循环频率检测，得到循环频率集合；
7、将所述消除一阶循环平稳信号干扰后的振动信号作为多通道自适应fresh滤波器的输入，且每个通道使用的频移分量为所述循环频率集合中的频率，输出滤波后的振动信号；
8、利用循环平稳分析对所述滤波后的振动信号进行分析，得到诊断结果。
9、在第一方面的一种可能的实现方式中，所述将所述原始振动信号通过自适应线谱增强器处理，得到消除一阶循环平稳信号干扰后的振动信号，具体为：
10、将原始含噪振动信号作为所述自适应线谱增强器的参考信号；
11、将所述原始振动信号向后时移若干样本，作为所述自适应线谱增强器的输入信号；
12、将所述输入信号输入有限长单位冲激响应滤波器，通过递归最小二乘法自适应地根据液体火箭发动机涡轮泵状态调整有限长单位冲激响应滤波器的系数，得到待消除的一阶循环平稳信号，记作输出信号；
13、将所述参考信号与所述输出信号求差，得到消除一阶循环平稳信号干扰后的振动信号。
14、在第一方面的一种可能的实现方式中，所述对所述消除一阶循环平稳信号干扰后的振动信号进行盲循环频率检测，得到循环频率集合，具体为：
15、将所述消除一阶循环平稳信号干扰后的振动信号作为盲循环频率检测器ssca的输入；
16、对所述消除一阶循环平稳信号干扰后的振动信号进行滑动加窗处理，其中，所述消除一阶循环平稳信号干扰后的振动信号的长度为n，滑窗长度为n′，滑窗之间的重叠区域为n′-1，n为不等于0的自然数，n′小于n；
17、将每次滑动加窗的信号转换为一列向量，并随着滑窗的移动依次将列向量向后排布，直至滑窗平移到所述消除一阶循环平稳信号干扰后的振动信号尾部，得到n′×p维通道化输入信号矩阵；
18、对所述n′×p维通道化输入信号矩阵的每一列进行快速傅里叶变换，得到n′点快速傅里叶变换矩阵；
19、将所述n′点快速傅里叶变换矩阵按列进行重复扩展，使得n′点快速傅里叶变换矩阵的列数等于所述消除一阶循环平稳信号干扰后的振动信号的长度n，得到n′×n维矩阵；
20、将所述n′×n维矩阵中的每一行与所述消除一阶循环平稳信号干扰后的振动信号的共轭进行相乘，得到共轭相乘n′×n维矩阵；
21、对所述共轭相乘n′×n维矩阵的每一行进行快速傅里叶变换，得到n′×n维谱相关估计矩阵；
22、对所述n′×n维谱相关估计矩阵中每个元素进行求模取平方，并对所述n′×n维谱相关估计矩阵按行进行求和，得到n维行向量；
23、选取所述n维行向量中前三个最大的元素所对应的频率及其整数倍数构成集合，得到循环频率集合。
24、在第一方面的一种可能的实现方式中，所述将所述消除一阶循环平稳信号干扰后的振动信号作为多通道自适应fresh滤波器的输入，且每个通道使用的频移分量为所述循环频率集合中的频率，输出滤波后的振动信号，具体为：
25、根据所述循环频率集合中的频率对所述消除一阶循环平稳信号干扰后的振动信号进行频移，得到多通道自适应fresh滤波器各通道的频移信号；
26、将各通道的频移信号输入各自的有限长单位冲激响应滤波器，得到各通道的输出信号；
27、将各通道的输出信号进行求和，得到多通道自适应fresh滤波器的输出信号，该信号为滤波后的振动信号。
28、在第一方面的一种可能的实现方式中，所述利用循环平稳分析对所述滤波后的振动信号进行分析，得到诊断结果，具体为：
29、计算所述滤波后的振动信号的谱相关或谱相干函数；
30、根据所述谱相关或谱相干函数实现故障诊断。
31、根据本发明的第二方面，提供一种基于双重自适应滤波的液体火箭发动机涡轮泵轴承故障诊断装置，包括：
32、获取模块，用于获取待诊断轴承的原始振动信号；
33、消除模块，用于将所述原始振动信号通过自适应线谱增强器处理，得到消除一阶循环平稳信号干扰后的振动信号；
34、检测模块，用于对所述消除一阶循环平稳信号干扰后的振动信号进行盲循环频率检测，得到循环频率集合；
35、输出模块，用于将所述消除一阶循环平稳信号干扰后的振动信号作为多通道自适应fresh滤波器的输入，且每个通道使用的频移分量为所述循环频率集合中的频率，输出滤波后的振动信号；
36、诊断模块，用于利用循环平稳分析对所述滤波后的振动信号进行分析，得到诊断结果。
37、在第二方面的一种可能的实现方式中，所述消除模块，具体用于：
38、将原始含噪振动信号作为所述自适应线谱增强器的参考信号；
39、将所述原始振动信号向后时移若干样本，作为所述自适应线谱增强器的输入信号；
40、将所述输入信号输入有限长单位冲激响应滤波器，通过递归最小二乘法自适应地根据液体火箭发动机涡轮泵状态调整有限长单位冲激响应滤波器的系数，得到待消除的一阶循环平稳信号，记作输出信号；
41、将所述参考信号与所述输出信号求差，得到消除一阶循环平稳信号干扰后的振动信号。
42、在第二方面的一种可能的实现方式中，所述检测模块，具体用于：
43、将所述消除一阶循环平稳信号干扰后的振动信号作为盲循环频率检测器ssca的输入；
44、对所述消除一阶循环平稳信号干扰后的振动信号进行滑动加窗处理，其中，所述消除一阶循环平稳信号干扰后的振动信号的长度为n，滑窗长度为n′，滑窗之间的重叠区域为n′-1，n为不等于0的自然数，n′小于n；
45、将每次滑动加窗的信号转换为一列向量，并随着滑窗的移动依次将列向量向后排布，直至滑窗平移到所述消除一阶循环平稳信号干扰后的振动信号尾部，得到n′×p维通道化输入信号矩阵；
46、对所述n′×p维通道化输入信号矩阵的每一列进行快速傅里叶变换，得到n′点快速傅里叶变换矩阵；
47、将所述n′点快速傅里叶变换矩阵按列进行重复扩展，使得n′点快速傅里叶变换矩阵的列数等于所述消除一阶循环平稳信号干扰后的振动信号的长度n，得到n′×n维矩阵；
48、将所述n′×n维矩阵中的每一行与所述消除一阶循环平稳信号干扰后的振动信号的共轭进行相乘，得到共轭相乘n′×n维矩阵；
49、对所述共轭相乘n′×n维矩阵的每一行进行快速傅里叶变换，得到n′×n维谱相关估计矩阵；
50、对所述n′×n维谱相关估计矩阵中每个元素进行求模取平方，并对所述n′×n维谱相关估计矩阵按行进行求和，得到n维行向量；
51、选取所述n维行向量中前三个最大的元素所对应的频率及其整数倍数构成集合，得到循环频率集合。
52、根据本发明的第三方面，提供一种设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的一种基于双重自适应滤波的液体火箭发动机涡轮泵轴承故障诊断方法的步骤。
53、根据本发明的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的一种基于双重自适应滤波的液体火箭发动机涡轮泵轴承故障诊断方法的步骤。
54、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
55、本发明提供的一种基于双重自适应滤波的液体火箭发动机涡轮泵轴承故障诊断方法，首先采用自适应线谱增强器有效分离一阶循环平稳信号，在剩余信号中来自一阶循环平稳信号的干扰被消除，允许检测循环频率信息；随后对消除一阶循环平稳信号干扰后的振动信号进行盲循环频率检测，即从振动信号中盲估计循环频率集合；在获得循环频率集合后，使用多通道自适应fresh滤波器从振动信号中进一步提取二阶循环平稳信号。本发明能够在没有先验信息的情况下分离两类循环平稳特征，对包含轴承故障特征的二阶循环平稳分量进行单独分析，可以得到更准确的诊断结论。本发明表现出更强的噪声鲁棒性，所采用的自适应策略基本上满足了实时处理的需要；另外，本发明适用于实时故障诊断场景，其中自适应滤波策略允许系统状态发生变化，即能够自适应地跟踪待分析信号的统计特性，通过进一步计算所提取的故障特征信号的谱相关或谱相干，可以有效检测较弱的轴承故障特征，有利于早期故障预警。
56、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
1.一种基于双重自适应滤波的液体火箭发动机涡轮泵轴承故障诊断方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于双重自适应滤波的液体火箭发动机涡轮泵轴承故障诊断方法，其特征在于，所述将所述原始振动信号通过自适应线谱增强器处理，得到消除一阶循环平稳信号干扰后的振动信号，具体为：
3.根据权利要求1所述的一种基于双重自适应滤波的液体火箭发动机涡轮泵轴承故障诊断方法，其特征在于，所述对所述消除一阶循环平稳信号干扰后的振动信号进行盲循环频率检测，得到循环频率集合，具体为：
4.根据权利要求1所述的一种基于双重自适应滤波的液体火箭发动机涡轮泵轴承故障诊断方法，其特征在于，所述将所述消除一阶循环平稳信号干扰后的振动信号作为多通道自适应fresh滤波器的输入，且每个通道使用的频移分量为所述循环频率集合中的频率，输出滤波后的振动信号，具体为：
5.根据权利要求1所述的一种基于双重自适应滤波的液体火箭发动机涡轮泵轴承故障诊断方法，其特征在于，所述利用循环平稳分析对所述滤波后的振动信号进行分析，得到诊断结果，具体为：
6.一种基于双重自适应滤波的液体火箭发动机涡轮泵轴承故障诊断装置，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的一种基于双重自适应滤波的液体火箭发动机涡轮泵轴承故障诊断装置，其特征在于，所述消除模块，具体用于：
8.根据权利要求6所述的一种基于双重自适应滤波的液体火箭发动机涡轮泵轴承故障诊断装置，其特征在于，所述检测模块，具体用于：
9.一种设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述的一种基于双重自适应滤波的液体火箭发动机涡轮泵轴承故障诊断方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述的一种基于双重自适应滤波的液体火箭发动机涡轮泵轴承故障诊断方法的步骤。
