Page 67 - 无损检测2023年第四期

试验研究

DOI : 10.11973 / ws j c202304007

SSA 降噪算法在超声检测中的应用

程树云, 陆铭慧, 刘元钰, 刘勋丰, 朱 颖

( 南昌航空大学 无损检测技术教育部重点实验室, 南昌 330063 )

摘 要: 超声检测信号中往往会携带部分噪声信号, 以材料晶界散射噪声和系统噪声居多。针
对一些传统超声信号降噪方法的局限性和不足, 将奇异谱分析( SSA ) 算法引入到超声信号的降噪中。
该方法源于主成分分析法( PCA ), 根据奇异谱中信号主成分和噪声成分的奇异值差异提取出信号主
成分, 再对提取出的若干个信号主成分进行信号重构, 实现降噪目的。最后对比了 SSA 方法与小波
阈值去噪、 EMD ( 经验模态分解) 滤波和稀疏分解重构等传统降噪方法的降噪效果。试验结果表明,
SSA 算法对不同信噪比的含噪信号均有较好的降噪效果, 显著优于其他传统的降噪方法, 且无需更多
的先验信息。

关键词: 超声检测; 奇异谱分析; 主成分分析; 信号重构; 降噪

中图分类号: TN911.4 ; TN911.7 ; TG115.28 文献标志码: A 文章编号: 1000-6656 ( 2023 ) 04-0033-06

A pp licationofSSAnoisereductional g orithminultrasonictestin g

,
CHENGShu y un , LUMin g hui , LIUYuan y u , LIUXunfen g ZHUYin g

( Ke yLaborator y ofNondestructiveTestin g ofMinistr y ofEducation , Nanchan gHan g kon gUniversit y ,

Nanchan g 330063 , China )

Abstract : Somenoisesi g nalsareoftencarriedinultrasonicdetectionsi g nals , andthemostofthemarethe

scatterin gnoiseatmaterial g rainboundar yands y stemnoise.Inviewofthelimitationsorshortcomin g sofsome

traditionalmethodsofultrasonicsi g nalnoisereduction , this p a p erintroducesthesin g ulars p ectrumanal y sis ( SSA )

al g orithmtothenoisereductionofultrasonicsi g nals.Themethodori g inatesfrom p rinci p alcom p onentanal y sis

( PCA ) .Themaincom p onentofsi g nalwasextractedaccordin g tothedifferenceofsin g ularvaluebetweenthemain

com p onentandnoisecom p onentinsin g ulars p ectrum , andthenseveralextractedsi g nal p rinci p alcom p onentswere

reconstructedtorealizethep ur p oseofnoisereduction.ThenoisereductioneffectofSSAal g orithmiscom p ared

withtraditional methods such as wavelet threshold denoisin g , EMD filterin g and s p arse decom p osition

reconstruction.Theex p erimentalresultsshowthatSSAal g orithmhasbetternoisereductioneffectondifferentSNR

si g nals , which wassi g nificantl y betterthan othertraditionalnoisereduction methods , and no more p rior

informationwasneeded.

Ke ywords : ultrasonictestin g ; sin g ulars p ectrumanal y sis ; p rinci p alcom p onentanal y sis ; si g nalreconstruction ;

noisereduction
在工业生产和工程应用中, 超声检测作为一种成 率高等优点 。在实际检测过程中, 超声检测人员一
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熟的无损检测方法, 具有灵敏度高, 成本低廉, 检测效 般通过直接观察缺陷波是否产生和底波是否发生变
化来判断缺陷。而超声检测信号中往往会携带部分
收稿日期: 2022-08-19 噪声信号, 如材料晶界散射噪声和系统噪声等。这些
基金项目: 国防技术基础项目( JSZL2018401C001 )
噪声会使得回波信号的信噪比降低, 影响缺陷的判
作者简介: 程树云( 1996- ), 男, 硕士研究生, 主要从事超声非线
别, 尤其是在高噪声背景下, 极易造成漏检和误检。
性检测和成像检测技术的研究工作
通信作者: 陆铭慧, 教授, 硕士生导师, 主要从事超声专用设备研 近年来, 一些经典的降噪方法在超声信号降噪
中取得了较好的应用, 但这些方法都存在一定的局
制、 非线性检测及相控阵检测技术的研究工作, lunara@163.com
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2023年 第45卷 第4期
无损检测