Page 150 - 《爆炸与冲击》2026年第5期

第 46 卷 罗瑶嘉，等： 基于变分模态分解处理的冲击波压力长短期记忆网络系统建模 第 5 期

础上，分析了传感器动态特性在采集爆炸冲击波时存在的问题，设计了一种基于 SSA 优化的自适应
VMD 分解冲击波响应补偿方法，对比了不同适应度函数对分解模态的影响；设计了将 VMD 分解后的多
模态通过 LSTM 串联训练重建传感器系统动态特性方法，并采用仿真与实测冲击波数据开展了相关验
证性实验，得到了以下结论。
(1) 由于压电式压力传感器的低频截止频率和高频固有频率影响，响应信号的正压时间减小，峰值
超压增大，冲击波曲线产生振荡，难以确定准确的冲击波压力趋势。
(2) SSA 优化算法可以根据信号自适应选择 VMD 分解模态数与带宽，通过 CC 和频谱判断分解后
的各模态成分，可以将冲击波信号分解为低频分量、高频分量和噪声分量。采用此方法去除信号的高频
振荡与噪声，较传统反滤波修正方法的残余振荡幅值减小 38%。
(3) 采用正弦信号发生器计算低频系统函数进行低频补偿，将补偿后信号与理想压力信号进行比
对，验证了低频补偿使振荡幅值进一步减小，整体趋势符合理想冲击波压力曲线。
(4) 采用 VMD 结合 LSTM 神经网络对传感器系统进行建模，精度远高于单一 LSTM 系统建模；通过
消融实验验证了 SSA 优化辅助 LSTM 参数设置，精度较经验设定参数的结果更好。最终实测的传感器
系统建模误差 MAPE 减小至 13.17%。

参考文献：
[1] 胡勇, 马天, 王俊龙, 等. 针对个体防护的冲击波检测评估技术 [J]. 爆炸与冲击, 2025, 45(4): 041101. DOI: 10.11883/bzycj-
2024-0118.
HU Y, MA T, WANG J L, et al. Shock wave detection and evaluation techniques for individual protection [J]. Explosion and
Shock Waves, 2025, 45(4): 041101. DOI: 10.11883/bzycj-2024-0118.
[2] 张志杰. 动态测试与校准技术 [M]. 北京: 机械工业出版社, 2021: 8–9.
ZHANG Z J. Dynamic measurement and calibration technology [M]. Beijing: China Machine Press, 2021: 8–9.
[3] 韦志慧. 基于 MATLAB 传感器动态误差频域修正方法 [J]. 机械, 2012, 39(S1): 17–20. DOI: 10.3969/j.issn.1006-
0316.2012.S1.005.
WEI Z H. A correcting method of frenquency domain for sensor's dynamic error based on MATLAB [J]. Machinery, 2012,
39(S1): 17–20. DOI: 10.3969/j.issn.1006-0316.2012.S1.005.
[4] 徐浩, 杜红棉, 范锦彪, 等. 冲击波测试系统低频特性与补偿方法研究 [J]. 爆炸与冲击, 2019, 39(10): 104102. DOI:
10.11883/bzycj-2019-0233.
XU H, DU H M, FAN J B, et al. Research on low frequency characteristics and compensation method of a shock wave test
system [J]. Explosion and Shock Waves, 2019, 39(10): 104102. DOI: 10.11883/bzycj-2019-0233.
[5] 张龙, 廖旭东, 张宝国, 等. 有限空间爆炸瞬态温度的动态补偿方法研究 [J]. 传感技术学报, 2020, 33(6): 861–866. DOI:
10.3969/j.issn.1004-1699.2020.06.012.
ZHANG L, LIAO X D, ZHANG B G, et al. Research on dynamic compensation method for explosion transient temperature in
finite space [J]. Chinese Journal of Sensors and Actuators, 2020, 33(6): 861–866. DOI: 10.3969/j.issn.1004-1699.2020.06.012.
[6] 杨文杰, 张志杰, 赵晨阳, 等. 基于零极点配置理论的压力传感器动态特性补偿 [J]. 科学技术与工程, 2016, 16(2): 78–82,
99. DOI: 10.3969/j.issn.1671-1815.2016.02.015.
YANG W J, ZHANG Z J, ZHAO C Y, et al. The dynamic characteristics compensation of the pressure sensor based on the
theory of configuring zero-poles [J]. Science Technology and Engineering, 2016, 16(2): 78–82, 99. DOI: 10.3969/j.issn.1671-
1815.2016.02.015.
[7] 王志超, 张志杰, 赵晨阳. 压力传感器的模型不确定度研究 [J]. 测试技术学报, 2020, 34(1): 54–60. DOI: 10.3969/j.
issn.1671-7449.2020.01.009.
WANG Z C, ZHANG Z J, ZHAO C Y. Research on model uncertainty of pressure sensor [J]. Journal of Test and
Measurement Technology, 2020, 34(1): 54–60. DOI: 10.3969/j.issn.1671-7449.2020.01.009.
[8] 郑德智, 吴钧明, 樊尚春. 基于改进烟花算法的传感器动态特性补偿方法研究 [J]. 计测技术, 2020, 40(5): 25–30. DOI:
10.11823/j.issn.1674-5795.2020.05.05.
ZHENG D Z, WU J M, FAN S C. Research on dynamic compensation of sensors based on improved fireworks algorithm [J].

051434-14