问题1:如图1,已知现场工作面的部分电磁辐射和声发射信号中存在大量干扰信号,有可能是工作面的其他作业或设备干扰等因素引起,这对后期的电磁辐射和声发射信号处理造成了一定的影响。应用附件1和2中的数据,完成以下问题。
(1.1) 建立数学模型,对存在干扰的电磁辐射和声发射信号进行分析,分别给出电磁辐射和声发射中的干扰信号数据的特征(不少于3个)。
(1.2) 利用问题(1.1)中得到的特征,建立数学模型,对2022年5月1日-2022年5月30日的电磁辐射和2022年4月1日-2022年5月30日及2022年10月10日-2022年11月10日声发射信号中的干扰信号所在的时间区间进行识别,分别给出电磁辐射和声发射最早发生的5个干扰信号所在的区间,完成表1和表2。
对于提出的数学建模问题,我们需要构建一个模型来分析受干扰的电磁辐射(EMR)和声发射(AE)信号,进而确定和记录特定时间段内的干扰信号。下面是针对问题1.1和1.2的详细分析和数学建模方法。
分析与建模思路
首先,需要从提供的数据中辨识出干扰信号的特征。根据问题描述和附加图表,干扰信号可能因其他操作或机械引起,这些干扰在信号中表现为异常波动或噪声。以下是构建模型的步骤:
特征识别
1.信号振幅突变:干扰通常导致信号振幅异常增高或降低。
2.频率变化:干扰可能引起信号的频率分布与正常工作时不同。
3.时间序列的非连续性:由于干扰的非周期性,信号的时间序列可能出现非连续性。
数学模型构建
可以使用统计学方法来分析和识别干扰特征: - 振幅分析:计算信号的平均振幅和标准差,通过比较实时数据与历史数据来识别异常。
首先,我们需要从提供的附件中读取并分析电磁辐射(EMR)和声发射(AE)信号数据。数据以CSV格式存储,包括时间戳和相应的信号强度值。数据预处理步骤包括清洗数据,去除噪声和异常值,填补缺失数据。
问题1.2 应用模型
特征提取
为了识别干扰信号,我们需要提取与干扰相关的特征。基于问题描述,可以关注以下几个方面的特征:
信号振幅的异常变化:通过计算窗口内信号的平均振幅和标准差,识别出那些超过平均水平一定阈值的异常点。
信号的频率成分变化:使用快速傅里叶变换(FFT)来分析信号在不同时间窗口内的频率成分,识别出与正常模式不符的频率变化。
时间序列的突变点检测:通过时间序列分析,如自回归模型(AR)或其他统计检测方法,来检测信号中的突变点。
干扰信号的检测
基于上述特征,构建模型来检测干扰信号。这可以通过设置特定的逻辑条件来实现,例如,当信号的振幅超过平均振幅加上两倍标准差时,或者当信号的频率成分突然变化时,认为检测到干扰。
记录干扰时间段
根据检测到的干扰信号,记录下发生干扰的时间段。这些数据将被用来填充所要求的表格。