本發(fā)明涉及信號(hào)處理領(lǐng)域，特別是一種針對(duì)兩路同頻余弦信號(hào)，在頻率失配條件下的自適應(yīng)無偏相位差估計(jì)方法。
背景技術(shù)：
相位差的估計(jì)方法在電力系統(tǒng)、智能儀表、故障診斷，電子通訊等領(lǐng)域有著較為廣泛的應(yīng)用.例如，在油氣儲(chǔ)運(yùn)工程中得到廣泛應(yīng)用的科里奧利質(zhì)量流量計(jì)，其所測(cè)量流體的質(zhì)量流量就依賴于兩路余弦信號(hào)的相位差測(cè)量精度；又如，在電力系統(tǒng)中功率因素的確定，就取決于電壓與電流相位差的估計(jì)值。因此，實(shí)現(xiàn)對(duì)相位差的高精度測(cè)量顯得尤其重要?，F(xiàn)有的相位差估計(jì)方法，主要有以下幾種方法：
(1)基于DFT和DTFT的相位差估計(jì)方法(參考文獻(xiàn)[1]：涂亞慶，李明，沈廷鰲，等.計(jì)及負(fù)頻率的DFT與DTFT相位差測(cè)量誤差分析[J].振動(dòng)與沖擊，2015，34(20)：85-91.參考文獻(xiàn)[2]：沈廷鰲，涂亞慶，張海濤，等.基于矩形雙窗的滑動(dòng)DTFT高精度相位差測(cè)量算法[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2015，46(2)：554-560.)：
此類相位差估計(jì)方法精度與采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)、信號(hào)噪聲和頻率失配有關(guān)。點(diǎn)數(shù)越多精度越高，但造成計(jì)算量偏大，實(shí)時(shí)性不高，實(shí)際應(yīng)用受限。且受信號(hào)噪聲和頻率失配影響，導(dǎo)致該方法存在影響因素過多，計(jì)算復(fù)雜的問題。
(2)基于數(shù)字相關(guān)的相位差測(cè)量方法(參考文獻(xiàn)[3]：涂亞慶，沈廷螯，李明，張海濤.基于多次互相關(guān)的非整周期信號(hào)相位差測(cè)量算法[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2014，35(7)：1578-1585.參考文獻(xiàn)[4]：Shen Y，Tu Y.Correlation theory-based signal processing method for CMF signals[J].Measurement Science & Technology，2016，27(6)：065006.)：
此類相關(guān)法在信號(hào)實(shí)行嚴(yán)格整周期采樣的條件下，可以取得相位差的準(zhǔn)確測(cè)量，但由于信號(hào)噪聲和頻率失配的影響，往往不能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的整周期采樣，導(dǎo)致在非整周期采樣條件下相位差測(cè)量精度下降，存在較大的估計(jì)誤差。
(3)基于LMS的自適應(yīng)相位差方法(參考文獻(xiàn)[5]：楊輝躍，涂亞慶，張海濤，等.一種基于LMS的振動(dòng)信號(hào)相位差自適應(yīng)無偏估計(jì)方法及應(yīng)用[J].振動(dòng)與沖擊，2016，35(10)：55-59.)：
此種方法通過希爾伯特變換求取相位差信息，雖然不需要信號(hào)的頻率信息，不受頻率失配影響，但希爾伯特變換對(duì)于噪聲的抑制能力較弱，導(dǎo)致整體算法的抗噪性不足，易受噪聲影響，其相位差估計(jì)精度有待提高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提出一種抗噪性強(qiáng)，估計(jì)精度高，適用性好的相位差估計(jì)方法，消除頻率估計(jì)失配對(duì)相位差測(cè)量的影響，適用于任意兩路同頻余弦信號(hào)的相位差測(cè)量，解決現(xiàn)有相位差測(cè)量方法存在的主要問題，拓展其應(yīng)用范圍。
本發(fā)明提出一種頻率失配條件下的自適應(yīng)無偏相位差估計(jì)方法：
本發(fā)明包括以下步驟：
以兩路同頻余弦信號(hào)為例進(jìn)行說明。
1)第一路余弦信號(hào)x1(n)和第二路余弦信號(hào)x2(n)的頻率同為ω0，頻率失配值為Δω，假設(shè)已知頻率的估計(jì)值ω＝ω0-Δω，構(gòu)建頻率信號(hào)cosωn和sinωn，并設(shè)置自適應(yīng)算法的步長μ＝0.01；
2)利用構(gòu)建的頻率信號(hào)cosωn和sinωn，設(shè)a1’(n)，b1’(n)分別為x1(n)中參數(shù)a1和b1的估計(jì)值，則第一路余弦信號(hào)的估計(jì)值為s1’(n)＝a1’(n)cosωn-b1’(n)sinωn；
3)同樣利用構(gòu)建的頻率信號(hào)cosωn和sinωn，設(shè)a2’(n)，b2’(n)分別為x2(n)中參數(shù)a2和b2的估計(jì)值，則第二路余弦信號(hào)的估計(jì)值為s2’(n)＝a2’(n)cosωn-b2’(n)sinωn
4)利用兩路余弦信號(hào)及其估計(jì)值，構(gòu)建誤差信號(hào)e1(n)＝x1(n)-s1’(n)和e2(n)＝x2(n)-s2’(n)；
5)利用自適應(yīng)迭代計(jì)算方式分別估計(jì)a1’(n+1)，b1’(n+1)，a2’(n+1)和b2’(n+1)，迭代計(jì)算方法為：
a1’(n+1)＝a1’(n)+μe1(n)cosωn；
b1’(n+1)＝b1’(n)-μe1(n)sinωn；
a2’(n+1)＝a2’(n)+μe2(n)cosωn；
b2’(n+1)＝b2’(n)-μe2(n)sinωn；
6)根據(jù)計(jì)算的a1’(n+1)，b1’(n+1)，a2’(n+1)和b2’(n+1)值，計(jì)算頻率已知的兩路同頻余弦信號(hào)的相位差，則相位差為：
附圖說明
下面根據(jù)附圖和具體實(shí)施對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。以兩路含白噪聲余弦信號(hào)為例進(jìn)行說明。
圖1為方法實(shí)現(xiàn)流程圖。
圖中：1表示利用獲得的頻率值構(gòu)建頻率信號(hào)；2表示利用頻率信號(hào)對(duì)第一路余弦信號(hào)進(jìn)行估計(jì)；3表示利用頻率信號(hào)對(duì)第二路余弦信號(hào)進(jìn)行估計(jì)；4表示產(chǎn)成第一路誤差信號(hào)；5表示產(chǎn)生第二路誤差信號(hào)；6表示利用第一路誤差信號(hào)對(duì)參數(shù)a1和b1進(jìn)行估計(jì)；7表示利用第二路誤差信號(hào)對(duì)參數(shù)a2和b2進(jìn)行估計(jì)；8表示計(jì)算兩路同頻余弦信號(hào)的相位差。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的具體實(shí)施方式如下：
第一步：構(gòu)建頻率信號(hào)cosωn和sinωn，設(shè)置算法步長μ＝0.01；
第二步：計(jì)算第一路余弦信號(hào)x1(n)的估計(jì)值s1’(n)＝a1’(n)cosωn-b1’(n)sinωn；
第三步：計(jì)算第二路余弦信號(hào)x2(n)的估計(jì)值s2’(n)＝a2’(n)cosωn-b2’(n)sinωn；
第三步：構(gòu)建誤差信號(hào)e1(n)＝x1(n)-s1’(n)和e2(n)＝x2(n)-s2’(n)；
第四步：利用自適應(yīng)迭代計(jì)算方式分別估計(jì)a1’(n+1)，b1’(n+1)，a2’(n+1)和b2’(n+1)；
第五步：根據(jù)計(jì)算的a1’(n+1)，b1’(n+1)，a2’(n+1)和b2’(n+1)值，計(jì)算頻率已知的兩路同頻余弦信號(hào)的相位差。