專(zhuān)利名稱(chēng)：動(dòng)態(tài)正弦畸變信號(hào)中頻率分量的提取方法及其實(shí)現(xiàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試與分析領(lǐng)域，具體是一種動(dòng)態(tài)正弦畸變信號(hào)中頻率分量的提取方法及其實(shí)現(xiàn)裝置。
背景技術(shù)：
正弦信號(hào)是頻率成分最為單一的一種信號(hào)，廣泛應(yīng)用于通信、電力傳輸、工業(yè)自動(dòng)控制、超聲波探傷等領(lǐng)域。但是在實(shí)際系統(tǒng)中，受噪聲、傳輸阻抗等影響，正弦信號(hào)往往存在著一定程度的畸變。以電力系統(tǒng)為例，隨著電力系統(tǒng)中各種類(lèi)型的非線(xiàn)性負(fù)荷(大功率整流設(shè)備、換流設(shè)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(tǒng)中電壓、電流正弦波形畸變現(xiàn)象日趨嚴(yán)重。因此，動(dòng)態(tài)正弦畸變信號(hào)中頻率分量的準(zhǔn)確提取是急需解決的關(guān)鍵難題。 正弦畸變信號(hào)中頻率分量提取方法從早期的模擬濾波器檢測(cè)方法，逐步轉(zhuǎn)向以數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)字分析方法，如FFT、小波變換、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等?；贔FT的方法因其實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單而頗受青睞，但其在動(dòng)態(tài)正弦畸變信號(hào)的頻率分量提取中難以應(yīng)用，其主要原因如下1)畸變發(fā)生時(shí)，正弦基波頻率往往存在波動(dòng)，嚴(yán)格的同步采樣難以實(shí)現(xiàn)，非同步采樣所引起的頻譜泄漏和柵欄效應(yīng)大大降低了分析精度；2)采用FFT方法時(shí)，為簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)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(dòng)態(tài)正弦畸變信號(hào)的頻譜泄漏模型更加復(fù)雜。而上述難題至今仍未有理想成熟的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種動(dòng)態(tài)正弦畸變信號(hào)中頻率分量的提取方法及其實(shí)現(xiàn)裝置，抑制正弦畸變信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換時(shí)所產(chǎn)生的頻譜泄漏，從而提高動(dòng)態(tài)正弦畸變信號(hào)中頻率分量提取的準(zhǔn)確度。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的解決方案為利用三角Hanning時(shí)域卷積窗對(duì)離散化的正弦畸變信號(hào)進(jìn)行加權(quán)，對(duì)加權(quán)以后的信號(hào)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(xiàn)，利用所找到的3根峰值譜線(xiàn)計(jì)算峰值譜線(xiàn)左右兩側(cè)的泄漏權(quán)值，利用泄漏權(quán)值的算術(shù)平均計(jì)算頻率分量偏移值，實(shí)現(xiàn)頻譜泄漏的對(duì)消抑制，從而準(zhǔn)確提取正弦畸變信號(hào)中頻率分量的頻率和幅值，具體包括以下步驟a.確定進(jìn)行傅里葉變換的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度N和采樣頻率fs ;b.將長(zhǎng)度均為N/2的三角窗與Hanning窗進(jìn)行時(shí)域卷積，得到長(zhǎng)度為N-1的卷積結(jié)果，在該卷積結(jié)果前補(bǔ)I個(gè)零，得到長(zhǎng)度為N的三角Hanning時(shí)域卷積窗w(n)；c.利用長(zhǎng)度為N的三角Hanning時(shí)域卷積窗w (η)對(duì)離散化的正弦畸變信號(hào)X (η)加權(quán)，得到加權(quán)后的正弦畸變信號(hào)xw (n) =X (n) w (η)；d.對(duì)加權(quán)后的正弦畸變信號(hào)xw(n)進(jìn)行長(zhǎng)度為N的離散傅里葉變換，得到頻譜函數(shù) X (η)；e.查找頻譜函數(shù)X(η)，得到幅度最大譜線(xiàn)Ic1、次大譜線(xiàn)k2和第3大譜線(xiàn)k3，相應(yīng)的頻譜幅度分別為Ix1U X2和Ix3I ；f.計(jì)算峰值譜線(xiàn)左右兩側(cè)的泄漏權(quán)值分別為Cl1和d2，具體計(jì)算公式為
權(quán)利要求
1. 一種動(dòng)態(tài)正弦畸變信號(hào)中頻率分量的提取方法，其特征在于利用三角Hanning時(shí) 域卷積窗對(duì)離散化的正弦畸變信號(hào)進(jìn)行加權(quán)，對(duì)加權(quán)以后的信號(hào)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(xiàn)，利用所找到的3根峰值譜線(xiàn) 計(jì)算峰值譜線(xiàn)左右兩側(cè)的泄漏權(quán)值，利用泄漏權(quán)值的算術(shù)平均計(jì)算頻率分量偏移值，實(shí)現(xiàn) 頻譜泄漏的對(duì)消抑制，從而準(zhǔn)確提取正弦畸變信號(hào)中頻率分量的頻率和幅值，具體包括以 下步驟a.確定進(jìn)行傅里葉變換的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度N和采樣頻率fs；b.將長(zhǎng)度均為N/2的三角窗與Hanning窗進(jìn)行時(shí)域卷積，得到長(zhǎng)度為N-1的卷積結(jié) 果，在該卷積結(jié)果前補(bǔ)1個(gè)零，得到長(zhǎng)度為N的三角Hanning時(shí)域卷積窗w(n)；c.利用長(zhǎng)度為N的三角Hanning時(shí)域卷積窗w(n)對(duì)離散化的正弦畸變信號(hào)x(n)加 權(quán)，得到加權(quán)后的正弦畸變信號(hào)xw(n)=x(n)w(n)；d.對(duì)加權(quán)后的正弦畸變信號(hào)xw(n)進(jìn)行長(zhǎng)度為N的離散傅里葉變換，得到頻譜函數(shù) X(n)；e.查找頻譜函數(shù)X(n)，得到幅度最大譜線(xiàn)匕、次大譜線(xiàn)k2和第3大譜線(xiàn)k3，相應(yīng)的頻 譜幅度分別為IX」、|x2|和|x3| ；f.計(jì)算峰值譜線(xiàn)左右兩側(cè)的泄漏權(quán)值分別為di和d2，具體計(jì)算公式為
2.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)正弦畸變信號(hào)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(hào)的數(shù)據(jù)采集卡，用于進(jìn)行正弦畸變信號(hào)中頻率分 量頻率和幅值分析的計(jì)算機(jī)，其中正弦畸變信號(hào)與數(shù)據(jù)采集卡的輸入通道相連，數(shù)據(jù)采集 卡與計(jì)算機(jī)通過(guò)USB相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)采集卡使用美國(guó)國(guó)家儀器公 司的NI USB-6210, NI USB-6210的采樣頻率設(shè)置為250k Hz，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換位數(shù)為16位，NIUSB-6210包含有16個(gè)信號(hào)輸入通道,可以選擇其中的任意I個(gè)輸入通道與正弦畸變信號(hào)相連，NI USB-6210與計(jì)算機(jī)通過(guò)USB連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的計(jì)算機(jī)是指安裝有美國(guó)國(guó)家儀器公司LabVIEW軟件系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過(guò)USB與NI USB-6210相連后，運(yùn)行LabVIEW軟件后可以接收到NI USB-6210采集的正弦畸變信號(hào)，根據(jù)動(dòng)態(tài)正弦畸變信號(hào)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
本發(fā)明公開(kāi)了一種動(dòng)態(tài)正弦畸變信號(hào)中頻率分量的提取方法及其實(shí)現(xiàn)裝置，利用三角Hanning時(shí)域卷積窗對(duì)離散化的正弦畸變信號(hào)進(jìn)行加權(quán)，對(duì)加權(quán)以后的信號(hào)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(xiàn)，對(duì)所找到的3根峰值譜線(xiàn)，計(jì)算峰值譜線(xiàn)左右兩側(cè)的泄漏權(quán)值，利用泄漏權(quán)值的算術(shù)平均獲得頻率分量偏移值，實(shí)現(xiàn)頻譜泄漏的對(duì)消抑制，從而準(zhǔn)確提取正弦畸變信號(hào)中頻率分量的頻率和幅值。
文檔編號(hào)G01R23/20GK102998528SQ20121053492
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者溫和, 滕召勝, 王永, 黎福海, 唐求, 高云鵬, 姚文軒, 成達(dá), 譚霞, 左培麗, 孟卓 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)