朱博，彭強(qiáng)，湯更生

(中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心設(shè)備設(shè)計(jì)及測試技術(shù)研究所，四川綿陽621000)

一種基于EMD的低湍流度信號(hào)處理分析方法

朱博*，彭強(qiáng)，湯更生

(中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心設(shè)備設(shè)計(jì)及測試技術(shù)研究所，四川綿陽621000)

采用熱線風(fēng)速儀在3座典型低速風(fēng)洞中進(jìn)行了流場湍流度測量，這3座低速風(fēng)洞包括1個(gè)低湍流風(fēng)洞、1個(gè)常規(guī)閉口風(fēng)洞和1個(gè)開口射流風(fēng)洞。針對湍流信號(hào)通常受噪聲干擾的問題，在湍流度值處理中引入了經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸?EMD)自適應(yīng)濾波和HHT時(shí)頻譜分析方法。將EMD方法與其他幾種湍流度值處理方法進(jìn)行了比較，包括帶通濾波方法(BP)、電磁噪聲解耦方法(ENC)和高通慣性衰濾波方法(HPIA)。采用EMD方法測得低湍流風(fēng)洞的湍流度值，在流場速度30～100m/s的范圍內(nèi)小于0．05%。采用HHT方法完成了脈動(dòng)速度信號(hào)的時(shí)頻分析，分析發(fā)現(xiàn)開口風(fēng)洞試驗(yàn)段的脈動(dòng)速度HHT時(shí)頻譜有突出的低頻信號(hào)。所構(gòu)建的EMD自適應(yīng)濾波器可以有效控制噪聲對熱線輸出信號(hào)的影響，是一種有效的低湍流度信號(hào)處理方法。

低湍流度;經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸?低速風(fēng)洞;開口風(fēng)洞;熱線風(fēng)速儀

0 引言

由于湍流度對飛行器繞流的流動(dòng)結(jié)構(gòu)有較大影響，可直接影響翼型等氣動(dòng)部件的邊界層轉(zhuǎn)捩位置及分離位置，從而改變飛行器的升阻比和俯仰力矩特性［1-2］，因此，湍流度是風(fēng)洞流場校測的重要指標(biāo)，需要在飛行器模型的風(fēng)洞試驗(yàn)中對風(fēng)洞湍流度進(jìn)行準(zhǔn)確測量，并對其影響進(jìn)行修正以提高風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度。目前，測量流場湍流度的最理想儀器是熱線風(fēng)速儀(簡稱熱線)，但是由于測量目標(biāo)為動(dòng)態(tài)信號(hào)，導(dǎo)致測量結(jié)果容易受到干擾，特別對于低湍流度測量而言，更容易受到電磁干擾［3-4］和支架干擾［5］。因此，在低速風(fēng)洞低湍流度測量中，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的信號(hào)處理［6-11］。

自20世紀(jì)30年代末至今，為推動(dòng)湍流機(jī)理、邊界層轉(zhuǎn)捩和翼型層流化研究的不斷發(fā)展，國內(nèi)外已建造約30座低湍流度風(fēng)洞［4］并開展了大量研究工作，研究提出多種信號(hào)處理方法，降低干擾噪聲的影響從而提高了低湍流測量的準(zhǔn)確性。文獻(xiàn)［6］采用0．1Hz～1k Hz帶通濾波BP（Band Pass）方法，測得試驗(yàn)段湍流度0．069%（5m／s）、0．086%（15m／s）；文獻(xiàn)［7］采用10Hz～1k Hz的BP方法，測得開口試驗(yàn)段噴口位置X／D＝0．042的核心流湍流度0．02%（33ft／s）；文獻(xiàn)［8］采用1 Hz～10k Hz的BP方法，測得試驗(yàn)段湍流度0．05%（動(dòng)壓200m／s）；文獻(xiàn)［9］采用1Hz～4k Hz的BP方法測得試驗(yàn)段湍流度0．05%（150 ft／s）；文獻(xiàn)［10］采用電磁噪聲解耦ENC（Electronic Noise Correction）方法，測得試驗(yàn)段湍流度0．025%（Ma 0．05）、0．3%（Ma0．2）；文獻(xiàn)［11］采用聲波干擾去相關(guān)方法，測得試驗(yàn)段湍流度0．02%（18～53m／s）；文獻(xiàn)［12］提出了用尺度間變化的門限值來抑制帶噪湍流信號(hào)在不同尺度上的噪聲子波系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了在重構(gòu)湍流信號(hào)中消除噪聲；文獻(xiàn)［3］采用快速收斂迭代法對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)處理并考察處理前后統(tǒng)計(jì)湍流量的變化，發(fā)現(xiàn)噪聲的存在不僅對湍流小尺度統(tǒng)計(jì)量的估算影響顯著，也對與大尺度關(guān)聯(lián)的量產(chǎn)生一定的影響；文獻(xiàn)［13］采用高通慣性衰減濾波方法HPIA（High Pass Inertia Attenuation Filter）測得試驗(yàn)段湍流度0．05%（30～100m／s）。

經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸釫MD（Empirical Mode Decomposition）方法是美國學(xué)者Huang等在1998年提出的一種信號(hào)處理技術(shù)［14］，成功應(yīng)用于海洋、地震、機(jī)械振動(dòng)分析、聲音處理、紋理分析、影像濾波以及氣象等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)分析中［15］。通過EMD分解得到的基本分量稱為本征模函數(shù)（Intrinsic Mode Function，IMF）分量，對所有的IMF分量進(jìn)行H HT（Hilbert－Huang Transform）變換，可以得到整個(gè)信號(hào)的HHT時(shí)頻譜。通過HHT時(shí)頻譜不但能夠知道信號(hào)具有哪些頻率成分以及對應(yīng)成分的大小，更關(guān)鍵的是還能夠知道各個(gè)頻率成分出現(xiàn)的時(shí)刻，從而將時(shí)域和頻域特征很好地聯(lián)系起來。

本文根據(jù)低速風(fēng)洞低湍流度信號(hào)的特征，通過實(shí)驗(yàn)構(gòu)建了一種基于EMD的自適應(yīng)濾波器進(jìn)行信號(hào)處理，采用同一閾值處理3種低速風(fēng)洞的湍流度數(shù)據(jù)，避免了由于不同低速風(fēng)洞的干擾頻率差異，導(dǎo)致的濾波參數(shù)不統(tǒng)一的問題，便于比較不同低速風(fēng)洞的湍流度值；對熱線信號(hào)進(jìn)行了HHT時(shí)頻譜分析，分析發(fā)現(xiàn)開口風(fēng)洞試驗(yàn)段存在明顯的低頻速度脈動(dòng)信號(hào)。

1 風(fēng)洞設(shè)備及熱線儀

1．1 風(fēng)洞設(shè)備

本文主要試驗(yàn)在低湍流風(fēng)洞、常規(guī)閉口風(fēng)洞和開口射流風(fēng)洞等3種典型低速風(fēng)洞上進(jìn)行。低湍流風(fēng)洞穩(wěn)定段設(shè)置6層阻尼網(wǎng)，流場湍流度設(shè)計(jì)指標(biāo)為0．05%。開口風(fēng)洞流場湍流度設(shè)計(jì)指標(biāo)為0．2%。常規(guī)低速風(fēng)洞穩(wěn)定段設(shè)置3層阻尼網(wǎng)，流場湍流度設(shè)計(jì)指標(biāo)為0．5%。

1．2 熱線儀

熱線儀采用丹麥丹迪公司的Streamline系統(tǒng)，測量探頭主要有55P11一維探頭和55P61二維探頭，測點(diǎn)布置于風(fēng)洞試驗(yàn)段的中心，系統(tǒng)配置的采集卡分辨率為16位。數(shù)據(jù)采樣頻率為20k Hz，采樣時(shí)間為30s。

2 低湍流度信號(hào)的EMD處理和自適應(yīng)濾波

構(gòu)造解析函數(shù)：

式中：ci（t）表示分解的第i個(gè)本征模函數(shù)分量，r（t）表示殘余信號(hào)分量。

對ci（t）進(jìn)行H HT變換可以表示為：

根據(jù)EMD方法［14－17］對采樣信號(hào)x（t）進(jìn)行分解，可表示為：

式中：瞬時(shí)幅值為

瞬時(shí)相位為

瞬時(shí)頻率為

瞬時(shí)幅值A(chǔ)i（t）和瞬時(shí)頻率fi（t）同時(shí)為時(shí)間t的函數(shù)，（Ai（t），fi（t），t）構(gòu)成了HHT時(shí)頻譜。

由于EMD方法是按照高頻到低頻分解信號(hào)，因此，只要對低頻分解信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，就可以去掉低湍流度信號(hào)中的高頻干擾：

又由于高斯白噪聲信號(hào)的IMF分量的能量密度與其平均周期的乘積為一常量［16］，即

因此，可以通過查驗(yàn)相鄰IMF的const值變化情況來判定分解信號(hào)是否受到了白噪聲干擾，從而確定分解信號(hào)重構(gòu)的IMF分量的級數(shù)m，m值可以是EMD從高頻到低頻分解過程中滿足下式的第一個(gè)解（試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，熱線信號(hào)容易受低頻白噪聲影響，可導(dǎo)致低頻部分存在第2個(gè)解，若將第2個(gè)解也作為判定級數(shù)，從而濾除低頻干擾信號(hào)，可以進(jìn)一步構(gòu)建一個(gè)自適應(yīng)的帶通濾波器）：

能量密度為

平均周期為

上述通過判定級數(shù)m值從而進(jìn)行IMF分量的重構(gòu)過程，可以理解為一種自適應(yīng)濾波方法。其中，N為分解信號(hào)的數(shù)據(jù)總量，Pm為第m個(gè)分解信號(hào)的極值點(diǎn)總數(shù)，C值為常數(shù)，C直接影響到濾波的質(zhì)量。表1是本文3種低速風(fēng)洞中的能量密度與其平均周期的乘積變化情況，可見，Rm值在2～3的范圍內(nèi)是一個(gè)突變區(qū)域，Rm值在這個(gè)范圍內(nèi)迅速增大。采用文獻(xiàn)［13］對熱線高頻干擾信號(hào)的自譜分析方法，認(rèn)為Rm值的突變是干擾引起的，即Rm值大于2～3以上的信號(hào)受到了電磁干擾和支架干擾的影響，因此，對C取值為2作為EMD濾波器的閾值，采用這一閾值濾波后的信號(hào)頻譜如圖1所示，在圖中，有效信號(hào)得到最大限度保留，高頻干擾信號(hào)被抑制。

表1 3種低速風(fēng)洞中的能量密度與其平均周期的乘積Table 1 A list of Em×Tmin the 3 kinds of low speed wind tunnel

3 湍流度測量結(jié)果和分析

3．1 幾種濾波方法獲得的脈動(dòng)速度頻譜比較

從脈動(dòng)速度的頻譜圖可以直觀地比較不同方法對湍流度值的處理效果［13］。圖1是低湍流風(fēng)洞試驗(yàn)段風(fēng)速為90m／s時(shí)的脈動(dòng)速度幅值譜，采用EMD自適應(yīng)濾波、高通慣性濾波和頻域BP方法［18］等3種方法進(jìn)行了信號(hào)處理。圖2是圖1采用3種方法獲得的脈動(dòng)速度的時(shí)域數(shù)據(jù)。由于低頻干擾在風(fēng)洞測試數(shù)據(jù)中普遍存在，低頻脈動(dòng)速度對轉(zhuǎn)捩影響未知［8］，一般數(shù)據(jù)處理都對低頻干擾進(jìn)行了高通濾波，高通濾波參數(shù)在0．1～10 Hz之間［6－9］，因此，本文考慮熱線在較長時(shí)間工作中的加熱氧化和溫度漂移等低頻干擾影響，在上述3種方法中也同時(shí)采用了0．5Hz高通濾波。

從圖1可見，3種信號(hào)處理方法在0．5～40Hz之間的處理結(jié)果接近，由于40Hz以下的幅值比40Hz以上的幅值大1至2個(gè)數(shù)量級，因此，這3種信號(hào)處理方法獲得的結(jié)果也基本接近（見圖2），但是，高頻部分的處理對測量結(jié)果略有影響，EMD自適應(yīng)濾波結(jié)果比0．5～40Hz的BP結(jié)果更接近于高通慣性濾波結(jié)果。

圖1 低湍流風(fēng)洞試驗(yàn)段脈動(dòng)速度幅值譜比較Fig．1 Comparition of flow velocity fluctuation amplitude spectrum in the low turbulence WT

圖2 脈動(dòng)速度時(shí)域數(shù)據(jù)比較Fig．2 Comparision of flow velocity fluctuation time data

3．2 幾種方法測得的湍流度結(jié)果比較

圖3為采用4種處理方法對開口風(fēng)洞試驗(yàn)段數(shù)據(jù)進(jìn)行處理獲得的湍流度結(jié)果比較。由圖可見，因?yàn)殚_口試驗(yàn)段低頻壓力脈動(dòng)較大，0．5 Hz高通濾波對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響較大，高頻干擾信號(hào)對測量結(jié)果的影響相對較小，因此ENC方法［10］測得的湍流度結(jié)果與原始值接近，0．5Hz～5k Hz的BP、0．5Hz的HPIA和EMD自適應(yīng)濾波結(jié)果接近。BP、HPIA和EMD方法測得的開口風(fēng)洞試驗(yàn)段湍流度值在除60m／s外的大部分風(fēng)速段都滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)0．2%。從本文的使用情況看，BP方法最簡潔，但不具備自適應(yīng)性，而且截止頻率以外的有效信號(hào)有可能被抑制。ENC方法經(jīng)過初始電磁環(huán)境標(biāo)定后，原則上可用于類似的電磁環(huán)境，但僅對電磁干擾的抑制有作用，無法抑制支架干擾信號(hào)。HPIA可較大限度地保留原始信號(hào)的高頻特征，但不屬于自適應(yīng)濾波方法。EMD方法采用統(tǒng)一閾值濾波，對不同環(huán)境中的干擾信號(hào)抑制效果較好，具有自適應(yīng)性。

圖3 開口風(fēng)洞試驗(yàn)段湍流度不同信號(hào)處理結(jié)果的比較Fig．3 Comparison of results obtained by different kinds of data processing methods in the open jet WT

圖4 和5分別是低湍流風(fēng)洞試驗(yàn)段和常規(guī)低速風(fēng)洞的湍流度信號(hào)處理結(jié)果。從圖中可見，采用EMD和HPIA方法測得的結(jié)果比較接近，EMD比HPIA的處理結(jié)果略小。低湍流風(fēng)洞試驗(yàn)段湍流度值在流場速度100m／s以下優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)0．05%，常規(guī)低速風(fēng)洞試驗(yàn)段湍流度值在所測試風(fēng)速范圍內(nèi)優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)0．5%。

圖4 低湍流風(fēng)洞試驗(yàn)段湍流度信號(hào)處理結(jié)果Fig．4 Turbulence intensity results in the low turbulence WT

圖5 常規(guī)低速風(fēng)洞閉口試驗(yàn)段湍流度信號(hào)處理結(jié)果Fig．5 Turbulence intensity results in the general low speed WT

3．3 脈動(dòng)速度信號(hào)的HHT時(shí)頻分析

圖6是對圖1中原始數(shù)據(jù)的所有IMF分量進(jìn)行變換獲得的0～200Hz信號(hào)的低湍流風(fēng)洞試驗(yàn)段90m／s風(fēng)速HHT時(shí)頻譜。從圖中可見，在100Hz以下，氣流脈動(dòng)速度的頻率和幅值隨時(shí)間呈現(xiàn)一定的連續(xù)變化。在100～200Hz之間，這種連續(xù)變化逐漸變成離散狀態(tài)。EMD自適應(yīng)濾波器在100～200Hz之間根據(jù)高斯白噪聲的特點(diǎn)，確定了分解重構(gòu)的IMF級數(shù)m并進(jìn)行濾波。從圖1的FFT幅值譜也可見，EMD濾波獲得的信號(hào)幅值在100 Hz以后逐漸衰減。

圖6 低湍流風(fēng)洞試驗(yàn)段脈動(dòng)速度0～200Hz信號(hào)HHT時(shí)頻譜Fig．6 HHT spectrum of 0～200Hz flow velocity fluctuation in the low turbulence WT

圖7 是常規(guī)低速風(fēng)洞90m／s風(fēng)速時(shí)的0～200Hz脈動(dòng)速度HHT時(shí)頻譜，圖8是開口風(fēng)洞試驗(yàn)段90m／s風(fēng)速的0～200 Hz脈動(dòng)速度H HT時(shí)頻譜。由圖可見，常規(guī)低速風(fēng)洞脈動(dòng)速度的幅值和頻率變化在50～200Hz范圍內(nèi)，比低湍流風(fēng)洞試驗(yàn)段略豐富些。開口風(fēng)洞試驗(yàn)段脈動(dòng)速度幅值較大，而且主要是50Hz以下的低頻信號(hào)，這種信號(hào)一般是開口射流中的大渦結(jié)構(gòu)引起的低頻壓力脈動(dòng)和動(dòng)壓波動(dòng)，在時(shí)頻圖中顯示的幅值較為突出，是開口風(fēng)洞調(diào)試和優(yōu)化的重要指標(biāo)。

圖9是圖7的200～1000Hz高頻部分，圖10是圖8的200～1000Hz高頻部分。在高頻部分可見，2座風(fēng)洞的速度脈動(dòng)幅值和頻率特征都比較接近，頻率越高，信號(hào)被白噪聲干擾越嚴(yán)重，信號(hào)幅值變化不連續(xù)，呈現(xiàn)為離散特征。

圖7 常規(guī)低速風(fēng)洞試驗(yàn)段脈動(dòng)速度0～200Hz信號(hào)HHT時(shí)頻譜Fig．7 HHT spectrum of 0～200Hz flow velocity fluctuation in the general low speed WT

圖8 開口風(fēng)洞試驗(yàn)段脈動(dòng)速度0～200Hz信號(hào)HHT時(shí)頻譜Fig．8 HHT spectrum of 0～200Hz flow velocity fluctuation in the open jet WT

圖9 常規(guī)低速風(fēng)洞試驗(yàn)段脈動(dòng)速度200～1000Hz信號(hào)HHT時(shí)頻譜Fig．9 HHT spectrum of 200～1000Hz flow velocity fluctuation in the general low speed WT

圖10 開口風(fēng)洞試驗(yàn)段脈動(dòng)速度200～1000Hz信號(hào)HHT時(shí)頻譜Fig．10 HHT spectrum of 200～1000Hz flow velocity fluctuation in the open jet WT

4 結(jié) 論

本文給出了一種基于EMD的低湍流度信號(hào)處理分析方法，采用這種方法對3種低速風(fēng)洞流場進(jìn)行了測試，并與ENC、HPIA和BP等方法進(jìn)行了比較。

（1）EMD自適應(yīng)濾波方法可根據(jù)信號(hào)中的白噪聲參數(shù)確定分解重構(gòu)信號(hào)的級數(shù)，其低湍流度信號(hào)處理結(jié)果略低于ENC、HPIA和BP等方法測得的結(jié)果。

（2）采用同一EMD自適應(yīng)濾波器分別測得3種低速風(fēng)洞的流場湍流度，測量結(jié)果表明該方法適應(yīng)性較好。低湍流風(fēng)洞試驗(yàn)段流場的湍流度值在流場速度為30～100m／s時(shí)優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)0．05%，開口風(fēng)洞試驗(yàn)段的湍流度值在除60m／s外的大部分風(fēng)速段都滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)0．2%，常規(guī)低速風(fēng)洞各風(fēng)速段流場湍流度低于0．2%。

（3）采用EMD方法獲得的HHT時(shí)頻譜可以分析脈動(dòng)速度信號(hào)的時(shí)頻特征。分析發(fā)現(xiàn)開口風(fēng)洞試驗(yàn)段的HHT時(shí)頻譜有明顯較大的低頻脈動(dòng)信號(hào)，可以為風(fēng)洞調(diào)試提供分析依據(jù)。

［1］何克敏，白存儒，郭渠渝，等．較低湍流度范圍湍流度對風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響［J］．流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)與測量，1997，11（3）：11－17．

He K M，Bai C R，Guo Q Y，et al．The effect of turbulence on wind tunnel results in the range of low turbulence［J］．Experiments and Measurements in Fluid Mechanics，1997，11（3）：11－17．

［2］李峰，白存儒，周偉，等．湍流度對飛行器模型大迎角氣動(dòng)特性影響的初步研究［J］．實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)，2006，20（3）：45－52．

Li F，Bai C R，Zhou W，et al．Primal research of the effect of flow turbulence on aerodynamic characteristics of a aircraft model at high angles of attack［J］．Journal of Experiments in Fluid Mechanics，2006，20（3）：45－52．

［3］米建春，馮寶平．平面射流沿軸線的特征尺度及其對測量信號(hào)過濾程度的依賴［J］．物理學(xué)報(bào)，2010，59（7）：4748－4755．

Mi J C，F(xiàn)eng B P．Centerline characteristic scales of a turbulent plane jet and their dependence on filtration of measured signals［J］．Acta Physica Sinica，2010，59（7）：4748－4755．

［4］侯志勇，王連澤，周建和，等．低（變）湍流度風(fēng)洞設(shè)計(jì)再探討［J］．實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)，2011，25（1）：92－96．

Hou Z Y，Wang L Z，Zhou J H，et al．The further research on the design of low（varying）turbulence wind tunnel［J］．Journal of Experiments in Fluid Mechanics，2011，25（1）：92－96．

［5］Harald Q，Jürgen Q，Christian B．Hot－Wire measurements in cryogenic environment［R］．AIAA－2011－880．

［6］Saric W S，Takagi S，Mousseux M．The ASU unsteady wind tunnel and fundamental requirements for freestream turbulence measurements［R］．AIAA－1988－0053，1988．

［7］Mueller T J，Scharpf D F，Batill S M，et al．The design of a subsonic low－noise，low－turbulence wind tunnel for acoustic measurements［R］．AIAA－1992－3883，1992．

［8］Neuhart Dan H，McGinley Catherine B．Free－stream turbulence intensity in the Langley 14－by 22－foot subsonic tunnel［R］．NASA／TP－2004－213247，2004．

［9］Premi Amandeep，Maughmer Mark D，Brophy Christopher．Flow－quality measurements and qualification of thePennsylvania State University low－Speed，low－Turbulence wind tunnel［R］．AIAA－2012－1214，2012．

［10］Stainback P Calvin，Owen F Kevin．Dynamic flow quality measurements in the Langley low turbulence pressure tunnel［R］．AIAA－1984－0621，1984．

［11］Kohama Y，Kobayashi R，Ito H．Tohoku university low－turbulence wind tunnel［R］．AIAA－1992－3913，1992．

［12］李士心，劉魯源，舒瑋．子波去噪技術(shù)在湍流信號(hào)處理中的應(yīng)用［J］．實(shí)驗(yàn)力學(xué)，2001，16（4）：433－437．

Li S X，Liu L Y，Shu W．Turbulent signal processing based on wavelet transform de－noising technique［J］．Journal of Experimental Mechanics，2001，16（4）：433－437．

［13］朱博，湯更生．聲學(xué)風(fēng)洞流場低湍流度及頻譜測量研究［J］．實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)，2015，29（4）：58－64．

Zhu B，Tang G S．Low turbulence intensity and spectrum measurement research in aeroacoustic wind tunnel［J］．Journal of Experiments in Fluid Mechanics，2015，29（4）：58－64．

［14］Huang N E，Shen Z，Long S R．The empirical mode decomposition and hilbert spectrum for nonlinear and nonstationary time series analysis［J］．Proceedings of the Royal Society of London SERIESA，1998，454：903－995．

［15］戴吾蛟，丁曉利，朱建軍，等．基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸獾臑V波去噪法及其在GPS多路徑效應(yīng)中的應(yīng)用［J］．測繪學(xué)報(bào)，2006，35（11）：321－327．

Dai W J，Ding X L，Zhu J J，et al．EMD filter method and its application in GPS multipath［J］．Acta Geodaetica et Cartographica Sinica，2006，35（11）：321－327．

［16］樓文娟，盧旦，楊毅，等．開孔建筑屋蓋風(fēng)振響應(yīng)中的氣動(dòng)阻尼識(shí)別［J］．空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào)，2007，25（4）：419－424．

Lou W J，Lu D，Yang Y，et al．Identification of aerodynamic damping for roof wind induced response of opening building［J］．Acta Aerodynamica Sinica，2007，25（4）：419－424．

［17］Flandrin P，Rilling G．Empirical mode decomposition as filter bank［J］．IEEE Signal Process Letters，2003，11：112－114．

［18］朱博，王元興，余永生．風(fēng)洞模型－支撐系統(tǒng)渦激振動(dòng)測量與分析［J］．實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)，2014，28（5）：59－64．

Zhu B，Wang Y X，Yu Y S．Vortex－induced vibration measurement and analysis of model－sting system in wind tunnel［J］．Journal of Experiments in Fluid Mechanics，2014，28（5）：59－64．

Digital signal process of low turbulence intensity based on EMD

Zhu Bo*，Peng Qiang，Tang Gengsheng
(Facility Design and Instrumentation Institute，China Aerodynamics Research and Development Center，Mianyang Sichuan 621000，China)

Hotwire anemometer is used in three typical low speed wind tunnels tomeasure the flow field turbulence intensity，including a low turbulence wind tunnel，a general closed wind tunnel and an open jetwind tunnel．To deal with the disturbance to the turbulence signal caused by noise，an EMD (Empirical Mode Decomposition)self-adaptive filter and HHT(Hilbert-Huang Transform)time-frequency analysismethodology are introduced in turbulence intensity data processing．The EMDmethod is compared with several other turbulence intensity processing methods，including BPF(Band Pass Filter)，ENC(Electronic Noise Correction)and HPIA(High Pass Inertia Attenuation Filter)．Using the EMD filter，the turbulence intensity in the low turbulence wind tunnel test section ismeasured and found to be less than 0．05%in the flow speed range of 30～100m/s．Using HHTmethod，we complete the time-frequency analysis of the flow fluctuation signal，and the low frequency flow flucturation signal is found predominatnt in the open jetwind tunnel．The designed EMD self-adaptive filter is effective at controlling the influence of the noise on the hotwire output signal，and therefore it is a practicalmethod for low turbulence intensity signal processing．

low turbulence intensity;empiricalmode decomposition;low speed wind tunnel;open jet wind tunnel;hotwire anemometer

O357．5+4

A

（編輯：楊 娟）

1672-9897(2016)05-0074-06

10．11729/syltlx20150148

2015-12-08;

2016-02-27

*通信作者E-mail:bobjou@139．com

Zhu B，Peng Q，Tang G S．Digital signal p rocess of low turbulence intensity based on EMD．Journalof Experiments in Fluid Mechanics，2016，30(5):74-79．朱博，彭強(qiáng)，湯更生．一種基于EMD的低湍流度信號(hào)處理分析方法．實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)，2016，30

朱 博（1973－），男，廣西百色人，高級工程師。研究方向：風(fēng)洞測試、聲學(xué)測試和熱線技術(shù)研究。通信地址：四川省綿陽市二環(huán)路南段6號(hào)14信箱401分箱（621000）。E－mail：bobjou＠139．com