1. 研究目的与意义
实际工程中,振动常引起结构紧固件的松动、结构密封失效、构件疲劳、裂纹和断裂等现象。振动试验是暴露结构缺陷和鉴定结构承受使用环境能力的一种有效方法,它通过对试件施加规定的振动激励量级来考核结构的动强度特性及其环境适应性。在振动试验中,必须按照试验规范的要求,采用振动测试系统准确、实时地采集和记录被测件的振动响应信号,以便为振动分析提供真实可靠的数据。从试验现场采集到的振动信号中往往存在多种形式的干扰噪声,如随机脉冲干扰噪声、电磁干扰噪声、由放大器或传感器引入的尖脉冲等。其中,某些噪声信号可能淹没真实信号,因此振动信号分析非常重要。
对振动噪声信号的处理常采用模拟电路或数字滤波算法。但是,传统的线性滤波器不能有效地去掉各种非线性噪声,如某些脉冲干扰具有很宽的频带,信号频率和噪声、干扰的频率重叠在一起常用的数字滤波器无法将两者区分开来。
为了解决这一问题，人们一直在寻找新的方法。近些年来，基于图象或信号直观特点的数学形态学，在图象处理领域取得了广泛的应用。它摒弃了传统的数值建模及分析的观点，从集合的角度来刻画和分析图象。其研究图象几何结构的基本思想是利用一个结构元素去探测一个图象，看是否能够将这个结构元素很好的填放在图象的内部，同时验证填放结构元素的方法是否有效。因此，形态学算子的性能将主要以几何方式进行刻画。这种显式的几何描述特点更适合视觉信息的处理和分析。该方法进行噪声处理时只取决于信号的局部形状特征,具有并行、快速实现等特点,比传统的线性滤波更有效,一直受到国内外学者的普遍关注。
2. 国内外研究现状分析
国内外研究现状及发展趋势（文献综述）：
1、国外研究现状（数学形态学的发展简史）
数学形态学[1]兴起于20世纪60年代，法国巴黎矿业学院的matheron和他指导的博士生serra在从事铁矿核的定量岩石学分析及预测其开采价值的研究中提出击中/击不中变换、开闭运算、布尔模型及纹理分析器的原理等，并在理论层面上第一次引入了形态学的表达式，建立了颗粒分析方法[2,3]。这些工作奠定了这门学科的理论基础。1968年4月，两人在法国巴黎带头组建了枫丹白露数学形态学研究中心。1982年出版的专著《imageanalysisandmathematicalmorphology》[4]是数学形态学发展的重要里程碑，serra在著作中详细介绍了当时形态学研究中心的研究成果，将数学形态学从枫丹白露研究中心介绍给了国际信号与图像处理界，表明数学形态学在理论上趋于完备及应用上不断深入。
3. 研究的基本内容与计划
1、研究内容：
（1）研究数学形态学理论中基本形态变换的原理。数学形态变换构成简单,其基本运算为腐蚀、膨胀、形态开运算、形态闭运算,以及形态开、闭的级联组合。通过不同的组合,就可形成丰富多彩的算法和信号处理系统。
（2）研究形态滤波器的构建方法并设计形态滤波器。形态滤波器是伴随着数学形态学的发展而发展的，本质上是层迭滤波器的特殊情况。为了到达双边滤波的目的，选取合适的结构元素，采用级联开、闭运算，构造开-闭和闭-开组合形态滤波器，用于振动信号的降噪。
4. 研究创新点
振动信号分析是旋转机械状态监测与诊断中应用最广泛的方法。随着振动测试精度的不断提高,对现场数据采集的要求也相应提高。但由于现场的复杂性,实际应用中,现场采集的数据往往被各种噪声污染,在某些情况下噪声干扰甚至大于实际的真实信号,信号降噪成为动态信号测试和设备故障诊断研究的重要内容。数字滤波器是振动信号预处理的常用手段,大多数场合已代替了传统的模拟滤波器。常用的数字滤波器有时域平均法、基于傅立叶变换的滤波器及小波滤波器等。时域平均方法在具体实施过程中需要对大量的数据进行处理,且要求有时标信息的支持;小波降噪技术的降噪效果则在很大程度上取决于滤波器性能的优劣,即选择不同的滤波器所得的降噪效果也有所区别。另外,常用数字滤波器由于基于时域、频域或时频域(如小波)构建,存在着诸如时滞、相移等缺点;对于信号频率和噪声干扰的频率重叠在一起的情况,基于频域构建的所有数字滤波器,包括小波滤波器都无法将两者区分开来。 数学形态学(mathematical morphology)是基于积分几何和随机集论建立起来的有别于基于时域、频域的数学方法。该方法进行信号处理时只取决于待处理信号的局部形状特征,通过数学形态变换将一个复杂的信号分解为具有物理意义的各个部分,将其与背景剥离,同时保持信号主要的形状特征,要比传统的线性滤波更为有效。利用构成数学形态滤波器，即使原始信号伴随较强的噪声，甚至发生了严重的畸变，其基本形状仍可以被识别和重构及增强。。 根据振动信号的特点，引入形态学方法，采用数学形态滤波器处理含噪声的振动信号，消除振动信号噪声，提取出信号特征，重构原始信号。研究了数学形态滤波器对含有不同类型、不同强度噪声信号的降噪能力，使数学形态滤波器对振动信号处理取得了较好的滤波效果。
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