在目前的工程信號(hào)或者是數(shù)據(jù)測(cè)試中，因?yàn)榛祀s著各種各樣的干擾成分，所以在后續(xù)的信號(hào)分析以及處理中會(huì)出現(xiàn)比較大的誤差或者是錯(cuò)誤，這種情況嚴(yán)重影響了信號(hào)測(cè)試的質(zhì)量。出于對(duì)測(cè)試信號(hào)中具有特征的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行快速并準(zhǔn)確的提取的要求，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)信號(hào)樣本進(jìn)行預(yù)處理有著重要的作用。在結(jié)合壓力自動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，使用MATLAB軟件當(dāng)中的smooth函數(shù)對(duì)測(cè)試樣本進(jìn)行平滑處理，然后對(duì)smooth函數(shù)中各種平滑方法的處理效果進(jìn)行對(duì)比，這樣可以甄選出最具適應(yīng)性的平滑處理系統(tǒng)，從而為數(shù)據(jù)測(cè)試提供可靠的基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】MATLAB 工程測(cè)試信號(hào) 平滑處理

在對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理的時(shí)候，工程測(cè)試信號(hào)或數(shù)據(jù)的平滑和濾波是一項(xiàng)重要的內(nèi)容，主要是因?yàn)槿魏蔚臏y(cè)試數(shù)據(jù)或者信號(hào)都會(huì)混有各種各樣的干擾成分。從這些干擾成分的具體分析來(lái)看，他們往往具有非線性、非平穩(wěn)性、和非光滑性的特點(diǎn)，而這些特點(diǎn)會(huì)給后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析帶來(lái)較大的影響，使其出現(xiàn)比較嚴(yán)重的錯(cuò)誤或者誤差。為了進(jìn)行這種錯(cuò)誤或者誤差的消除，提升信號(hào)或數(shù)據(jù)測(cè)試的質(zhì)量，必須要在干擾信號(hào)的基本特點(diǎn)上進(jìn)行針對(duì)性處理，這樣，有用的特征信息才能夠被高速、準(zhǔn)確的提取出來(lái)。在MATLAB軟件當(dāng)中進(jìn)行工程測(cè)試數(shù)據(jù)的平滑處理能夠有效的解決測(cè)試誤差等問(wèn)題，所以研究相關(guān)內(nèi)容的現(xiàn)實(shí)意義顯著。

1 系統(tǒng)原理

壓力自動(dòng)系統(tǒng)要進(jìn)行工作需要遵循一定的原理。從目前的分析來(lái)看，系統(tǒng)中閥門(mén)的一端需要和系統(tǒng)壓力源進(jìn)行連接，另一端需要和壓力控制器進(jìn)行連接，當(dāng)同時(shí)開(kāi)啟兩個(gè)閥門(mén)的時(shí)候，由壓力變送器便可以測(cè)得來(lái)自于系統(tǒng)的壓力。對(duì)壓力信號(hào)級(jí)和控制儀設(shè)定壓力值進(jìn)行詳細(xì)的比對(duì)會(huì)發(fā)現(xiàn)存在著誤差信號(hào)，將誤差信號(hào)進(jìn)行放大，可以直接對(duì)進(jìn)行調(diào)節(jié)閥的驅(qū)動(dòng)。系統(tǒng)在對(duì)調(diào)節(jié)閥的大小進(jìn)行控制的時(shí)候，控制系統(tǒng)的壓力可以得到穩(wěn)定。為了對(duì)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)參數(shù)和驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行驗(yàn)證，構(gòu)建測(cè)試系統(tǒng)，然后獲得系統(tǒng)內(nèi)部的各個(gè)元件和系統(tǒng)整體的運(yùn)行參數(shù)，這樣，系統(tǒng)性能的后續(xù)評(píng)估和優(yōu)化會(huì)有較為直接的數(shù)據(jù)參考。

2 處理方法

MATLAB軟件會(huì)提供一個(gè)專(zhuān)門(mén)用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)平滑處理的smooth函數(shù)，在進(jìn)行程序編制的過(guò)程中，其主要會(huì)應(yīng)用到三種調(diào)用格式，分別是5點(diǎn)滑移平均法、指定寬窗值法和指定平滑方法。從實(shí)際分析來(lái)看，smooth函數(shù)的平滑方法實(shí)質(zhì)上是采用平滑因子濾波曲線，這種濾波的效果和平滑因子的頻譜特性有著非常直接的關(guān)系。簡(jiǎn)單來(lái)看，如果曲線的光滑度不夠，信號(hào)中的中高頻分子會(huì)比較豐富，其在經(jīng)過(guò)平滑因子的濾波后，信號(hào)中的中高頻因子會(huì)得到有效的抑制，此時(shí)的曲線會(huì)變得比較平滑。簡(jiǎn)言之，信號(hào)的平滑處理就是對(duì)信號(hào)進(jìn)行低通濾波。

3 數(shù)據(jù)測(cè)試處理

在進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)試處理的時(shí)候會(huì)利用到多種不同的方法，下面介紹的這四種是使用較為頻繁的具體測(cè)試方法。

3.1 5點(diǎn)滑移平均方法

5點(diǎn)滑移平均方法在數(shù)據(jù)測(cè)試處理的過(guò)程中應(yīng)用比較普遍，此種方法指的是在多項(xiàng)式擬合平滑的基礎(chǔ)之上，利用對(duì)測(cè)試信號(hào)的分段曲線擬合達(dá)到對(duì)整段曲線平滑的方法。從方法的數(shù)據(jù)處理效果來(lái)看，此種方法雖然從整體上提升了相較于初始測(cè)試曲線比較好的效果，但是在信號(hào)或數(shù)據(jù)當(dāng)中依然存在著中高頻成分的干擾，這種干擾使得特性信號(hào)提取的準(zhǔn)確性受到的影響。簡(jiǎn)言之，此種方法效果雖有，但是缺陷依然顯著。

3.2 指定窗寬方法

制定寬窗方法在目前的數(shù)據(jù)測(cè)試處理當(dāng)中應(yīng)用的也較為普遍。利用此方法進(jìn)行數(shù)據(jù)的測(cè)試處理，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)其效果相比于5點(diǎn)滑移平均方法有了明顯的提高。雖然說(shuō)此種方法的整體效果在進(jìn)步，但是信號(hào)中中高頻成分的干擾依然存在，所以特征信號(hào)的提取目標(biāo)依然沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。在這樣的結(jié)果面前，嘗試著進(jìn)行了對(duì)寬窗值的提高，發(fā)現(xiàn)在寬窗值達(dá)到80的時(shí)候，信號(hào)和數(shù)據(jù)處理的效果基本達(dá)到了提取特征信號(hào)的目的。簡(jiǎn)言之，利用指定寬窗值的方法，在規(guī)定了寬窗值的具體值之后，其數(shù)據(jù)處理的效果達(dá)到了預(yù)期。

3.3 滑移平均方法

滑移平均方法在數(shù)據(jù)處理當(dāng)中也會(huì)經(jīng)常性的使用到。之所以使用這種方法主要是5點(diǎn)滑移平均的數(shù)據(jù)處理效果不佳，所以需要更多的點(diǎn)數(shù)滑移平均來(lái)進(jìn)行平滑處理。在利用此方法進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)護(hù)理的時(shí)候，采用了11點(diǎn)滑移平均的方法，最終的處理效果比5點(diǎn)滑移平均方法的效果要好，但是依然存在中高頻干擾成分，所以最終的預(yù)期目標(biāo)沒(méi)有達(dá)成。

3.4 Loess和lowess方法

最后一種使用比較多的數(shù)據(jù)處理方法便是loess和lowess方法。此種方法是建立在傳統(tǒng)方法基礎(chǔ)之上的一種現(xiàn)代模擬方法，此種方法將線性回歸的簡(jiǎn)單性和非線性模型的靈活性進(jìn)行了結(jié)合，只需要對(duì)信號(hào)的局部分段進(jìn)行擬合，便可以建立起表征信號(hào)變化的關(guān)鍵局部域函數(shù)。Loess利用統(tǒng)計(jì)方法對(duì)平滑曲線進(jìn)行計(jì)算，其平滑值由二次權(quán)重最小平方回歸決定；lowess的平滑值由線性最小回歸平方?jīng)Q定。從兩種方法的處理效果來(lái)看，利用lowess方法處理后的曲線要比利用Loess方法處理后的曲線好，其效果和寬窗值達(dá)到80的時(shí)候的處理效果基本一致。

總而言之，上述四種方法在數(shù)據(jù)信號(hào)處理的時(shí)候都會(huì)得到應(yīng)用，但是從最終的效果來(lái)看，還是指定寬窗方法和lowess方法的效果比較好。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)工程測(cè)試信號(hào)進(jìn)行平滑處理有利于提高測(cè)試效果的可靠性，科學(xué)的分析基于 MATLAB軟件的工程數(shù)據(jù)平滑處理原理以及處理方法，比對(duì)各種方法數(shù)據(jù)處理的綜合效果，可以為數(shù)據(jù)平滑處理的方法選用提供有效的參考。簡(jiǎn)言之，做好方法的效果分析，可以在工程數(shù)據(jù)測(cè)試的時(shí)候選擇更具針對(duì)性的方法。

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作者簡(jiǎn)介

范玉影（1982-），女，黑龍江省哈爾濱市人。大學(xué)本科學(xué)歷。工程師，主要從事測(cè)試技術(shù)與研究的工作。

作者單位

中航工業(yè)洛陽(yáng)電光設(shè)備研究所 河南省洛陽(yáng)市 472203endprint