本發明專利技術公開了一種動態正弦畸變信號中頻率分量的提取方法及其實現裝置，利用三角Hanning時域卷積窗對離散化的正弦畸變信號進行加權，對加權以后的信號做離散傅里葉變換得到離散頻譜，找到離散頻譜中的幅度值為最大、次大和第3的譜線，對所找到的3根峰值譜線，計算峰值譜線左右兩側的泄漏權值，利用泄漏權值的算術平均獲得頻率分量偏移值，實現頻譜泄漏的對消抑制，從而準確提取正弦畸變信號中頻率分量的頻率和幅值。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及動態信號測試與分析領域，具體是一種動態正弦畸變信號中頻率分量的提取方法及其實現裝置。
技術介紹
正弦信號是頻率成分最為單一的一種信號，廣泛應用于通信、電力傳輸、工業自動控制、超聲波探傷等領域。但是在實際系統中，受噪聲、傳輸阻抗等影響，正弦信號往往存在著一定程度的畸變。以電力系統為例，隨著電力系統中各種類型的非線性負荷(大功率整流設備、換流設備、電弧爐、電氣化鐵道以及家用電器等)的不斷增加，電力系統中電壓、電流正弦波形畸變現象日趨嚴重。因此，動態正弦畸變信號中頻率分量的準確提取是急需解決的關鍵難題。 正弦畸變信號中頻率分量提取方法從早期的模擬濾波器檢測方法，逐步轉向以數字信號處理技術為基礎的數字分析方法，如FFT、小波變換、人工神經網絡、支持向量機等。基于FFT的方法因其實現簡單而頗受青睞，但其在動態正弦畸變信號的頻率分量提取中難以應用，其主要原因如下1)畸變發生時，正弦基波頻率往往存在波動，嚴格的同步采樣難以實現，非同步采樣所引起的頻譜泄漏和柵欄效應大大降低了分析精度；2)采用FFT方法時，為簡化數學推理，往往忽略了各頻率分量間的相互干擾，特別在白噪聲存在情況下，動態正弦畸變信號的頻譜泄漏模型更加復雜。而上述難題至今仍未有理想成熟的解決方案。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題在于克服現有技術的不足，提供一種動態正弦畸變信號中頻率分量的提取方法及其實現裝置，抑制正弦畸變信號進行傅里葉變換時所產生的頻譜泄漏，從而提高動態正弦畸變信號中頻率分量提取的準確度。為解決上述技術問題，本專利技術提出的解決方案為利用三角Hanning時域卷積窗對離散化的正弦畸變信號進行加權，對加權以后的信號做離散傅里葉變換得到離散頻譜，找到離散頻譜中的幅度值為最大、次大和第3的譜線，利用所找到的3根峰值譜線計算峰值譜線左右兩側的泄漏權值，利用泄漏權值的算術平均計算頻率分量偏移值，實現頻譜泄漏的對消抑制，從而準確提取正弦畸變信號中頻率分量的頻率和幅值，具體包括以下步驟a.確定進行傅里葉變換的數據長度N和采樣頻率fs ;b.將長度均為N/2的三角窗與Hanning窗進行時域卷積，得到長度為N-1的卷積結果，在該卷積結果前補I個零，得到長度為N的三角Hanning時域卷積窗w(n)；c.利用長度為N的三角Hanning時域卷積窗w (η)對離散化的正弦畸變信號X (η)加權，得到加權后的正弦畸變信號xw (n) =X (n) w (η)；d.對加權后的正弦畸變信號xw(n)進行長度為N的離散傅里葉變換，得到頻譜函數 X (η)；e.查找頻譜函數X(η)，得到幅度最大譜線Ic1、次大譜線k2和第3大譜線k3，相應的頻譜幅度分別為Ix1U X2和Ix3I ；f.計算峰值譜線左右兩側的泄漏權值分別為Cl1和d2，具體計算公式為 權利要求1. 一種動態正弦畸變信號中頻率分量的提取方法，其特征在于利用三角Hanning時 域卷積窗對離散化的正弦畸變信號進行加權，對加權以后的信號做離散傅里葉變換得到離 散頻譜，找到離散頻譜中的幅度值為最大、次大和第3的譜線，利用所找到的3根峰值譜線 計算峰值譜線左右兩側的泄漏權值，利用泄漏權值的算術平均計算頻率分量偏移值，實現 頻譜泄漏的對消抑制，從而準確提取正弦畸變信號中頻率分量的頻率和幅值，具體包括以 下步驟a.確定進行傅里葉變換的數據長度N和采樣頻率fs；b.將長度均為N/2的三角窗與Hanning窗進行時域卷積，得到長度為N-1的卷積結 果，在該卷積結果前補1個零，得到長度為N的三角Hanning時域卷積窗w(n)；c.利用長度為N的三角Hanning時域卷積窗w(n)對離散化的正弦畸變信號x(n)加 權，得到加權后的正弦畸變信號xw(n)=x(n)w(n)；d.對加權后的正弦畸變信號xw(n)進行長度為N的離散傅里葉變換，得到頻譜函數 X(n)；e.查找頻譜函數X(n)，得到幅度最大譜線匕、次大譜線k2和第3大譜線k3，相應的頻 譜幅度分別為IX」、|x2|和|x3| ；f.計算峰值譜線左右兩側的泄漏權值分別為di和d2，具體計算公式為2.一種實現權利要求1所述的動態正弦畸變信號中頻率分量的提取方法的裝置，其特 征在于，它包括由用于采集正弦畸變信號的數據采集卡，用于進行正弦畸變信號中頻率分 量頻率和幅值分析的計算機，其中正弦畸變信號與數據采集卡的輸入通道相連，數據采集 卡與計算機通過USB相連。3.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的數據采集卡使用美國國家儀器公 司的NI USB-6210, NI USB-6210的采樣頻率設置為250k Hz，數據轉換位數為16位，NIUSB-6210包含有16個信號輸入通道,可以選擇其中的任意I個輸入通道與正弦畸變信號相連，NI USB-6210與計算機通過USB連接。4.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的計算機是指安裝有美國國家儀器公司LabVIEW軟件系統的計算機，計算機通過USB與NI USB-6210相連后，運行LabVIEW軟件后可以接收到NI USB-6210采集的正弦畸變信號，根據動態正弦畸變信號中頻率分量的提取方法可以得到頻率分量的頻率與幅值。全文摘要本專利技術公開了一種動態正弦畸變信號中頻率分量的提取方法及其實現裝置，利用三角Hanning時域卷積窗對離散化的正弦畸變信號進行加權，對加權以后的信號做離散傅里葉變換得到離散頻譜，找到離散頻譜中的幅度值為最大、次大和第3的譜線，對所找到的3根峰值譜線，計算峰值譜線左右兩側的泄漏權值，利用泄漏權值的算術平均獲得頻率分量偏移值，實現頻譜泄漏的對消抑制，從而準確提取正弦畸變信號中頻率分量的頻率和幅值。文檔編號G01R23/20GK102998528SQ20121053492公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月12日 優先權日2012年12月12日專利技術者溫和, 滕召勝, 王永, 黎福海, 唐求, 高云鵬, 姚文軒, 成達, 譚霞, 左培麗, 孟卓 申請人:湖南大學本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種動態正弦畸變信號中頻率分量的提取方法，其特征在于：利用三角Hanning時域卷積窗對離散化的正弦畸變信號進行加權，對加權以后的信號做離散傅里葉變換得到離散頻譜，找到離散頻譜中的幅度值為最大、次大和第3的譜線，利用所找到的3根峰值譜線計算峰值譜線左右兩側的泄漏權值，利用泄漏權值的算術平均計算頻率分量偏移值，實現頻譜泄漏的對消抑制，從而準確提取正弦畸變信號中頻率分量的頻率和幅值，具體包括以下步驟：a.?確定進行傅里葉變換的數據長度N和采樣頻率fs；b.?將長度均為N/2的三角窗與Hanning窗進行時域卷積，得到長度為N?1的卷積結果，在該卷積結果前補1個零，得到長度為N的三角Hanning時域卷積窗w(n)；c.?利用長度為N的三角Hanning時域卷積窗w(n)對離散化的正弦畸變信號x(n)加權，得到加權后的正弦畸變信號xw(n)=x(n)w(n)；d.?對加權后的正弦畸變信號xw(n)進行長度為N的離散傅里葉變換，得到頻譜函數X(n)；e.?查找頻譜函數X(n)，得到幅度最大譜線k1、次大譜線k2和第3大譜線k3，相應的頻譜幅度分別為|X1|、|X2|和|X3|；f.?計算峰值譜線左右兩側的泄漏權值分別為d1和d2，具體計算公式為：，g.?利用泄漏權值d1和d2的算術平均值計算頻率分量偏移值kx，具體計算公式為：h.?根據所計算的頻率分量偏移值kx，得到正弦畸變信號中頻率分量的頻率值f0，具體計算公式為：i.?根據所計算的頻率分量偏移值kx，得到正弦畸變信號中頻率分量的幅值A0，具體計算公式為：。FDA0000257502281.jpg,FDA0000257502282.jpg,FDA0000257502283.jpg,FDA0000257502284.jpg,FDA0000257502285.jpg...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：溫和，滕召勝，王永，黎福海，唐求，高云鵬，姚文軒，成達，譚霞，左培麗，孟卓，
申請(專利權)人：湖南大學，
類型：發明
國別省市：
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