混合正弦信号分离方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种混合正弦信号分离方法及系统，用于解决现有正弦信号分离方法效率低的技术问题。技术方案是首先构造转换举证，然后运用微分跟踪器构造混合正弦信号相应的偶数阶微分信号，并利用偶数阶微分信号构造偶数阶微分信号向量，最后通过求解方程组得到混合正弦信号的包括常量分量在内的所有分量信号。本发明专利技术采用微分跟踪器是非模型的跟踪器，利用微分跟踪器分离混合正弦信号能够保持实时性的同时，提高了正弦信号分离的精度和效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种正弦信号分离方法，特别涉及一种混合正弦信号分离方法。还涉及一种混合正弦信号分离系统。
技术介绍
文献1“正弦信号参数估计的最小二乘算法，哈尔滨工程大学学报，2005，Vol26(1)，pp19-23”公开了一种基于最小二乘算法的正弦信号的分离方法。该方法对于一段时间内的观测数据进行最小二乘的方法估计正弦信号的参数，实现混合信号的分离。该方法是一种离线的估计方法，并且计算复杂，效率低，不能满足某些在线分离的要求。文献2“基于粒子滤波的单通道正弦调频混合信号分离与参数估计，物理学报，2014，Vol63(15)，pp(158401-1)-(158401-9)”公开了一种基于滤波算法的正弦信号的分离方法。该方法首先建立系统方程和观测方程，然后通过MCMC粒子滤波的方法对于各个分量正弦信号的参数最估计，实现混合正弦信号的分离。该方法虽然精度较高，但是计算量大，效率低；同时该方法为一种基于模型的方法，对于实际应用中，模型知识欠缺或者不知道的情形无法适用。
技术实现思路
为了克服现有正弦信号分离方法效率低的不足，本专利技术提供一种混合正弦信号分离方法。该方法首先构造转换举证，然后运用微分跟踪器构造混合正弦信号相应的偶数阶微分信号，并利用偶数阶微分信号构造偶数阶微分信号向量，最后通过求解方程组得到混合正弦信号的包括常量分量在内的所有分量信号。本专利技术采用的微分跟踪器是非模型的跟踪器，利用微分跟踪器分离混合正弦信号能够保持实时性的同时，提高了正弦信号分离的精度和效率。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案：一种混合正弦信号分离方法，其特点是包括以下步骤：第一步、将混合正弦信号引入；第二步、采用快速傅里叶变换法、微分跟踪器辨识法或者基于卡尔曼滤波器及衍生卡尔曼滤波器的方法确定混合正弦信号中的分量信号的个数及相应的频率，通过线性高增益微分器或者高阶滑模微分器跟踪所述混合正弦信号的偶数阶微分信号；第三步、将所述混合正弦信号中的分量信号进行分离，得到正弦分量信号和常量分量信号。一种混合正弦信号分离系统，其特点是包括：信号输入模块A、信号处理模块B和分量信号分离模块C。所述信号输入模块A与所述信号处理模块电连接，用于将混合正弦信号引入至信号处理模块；信号处理模块B与所述分量信号分离模块电连接，用于接收所述信号输入模块引入的混合正弦信号，并进行处理，分量信号分离模块通过快速傅里叶变换法、基于微分跟踪器辨识法、基于卡尔曼滤波器及衍生卡尔曼滤波器方法，获取混合正弦信号中的分量信号的个数及相应的频率，并通过线性高增益微分器或者高阶滑模微分器跟踪混合正弦信号的偶数阶微分信号，以及，将所获取的混合正弦信号的分量信号个数及相应的频率、偶数阶微分信号传递至分量信号分离模块；所述分量信号分离模块C接收所述信号处理模块传递的混合正弦信号的分量信号个数及相应的频率、偶数阶微分信号，对混合正弦信号进行分量分离。一种上述混合正弦信号分离系统，其特点是：还包括分量信号输出模块D，所述的分量信号输出模块D与分量信号分离模块电连接，用于将所述分量信号分离模块分离出的正弦分量信号与常量分量信号输出。一种上述混合正弦信号分离系统，其特点是：所述信号处理模块B包括分量信号个数及频率辨识模块a和微分跟踪模块b，分量信号个数及频率辨识模块a用于对混合正弦信号进行处理，获取混合正弦信号中的分量信号的个数及相应的频率；所述微分跟踪模块b用于跟踪混合正弦信号的偶数阶微分信号。一种上述混合正弦信号分离系统，其特点是：所述分量信号分离模块C包括正弦分量信号分离模块c和常量信号分离模块d，所述正弦分量信号分离模块c用于分离正弦分量信号，所述常量信号分离模块d用于分离常量分量信号。一种基于上述混合正弦信号分离系统的分离方法，其特点是包括以下步骤：第一步、信号输入模块将混合正弦信号引入至信号处理模块；第二步、信号处理模块对所述混合正弦信号进行处理，通过快速傅里叶变换法、基于微分跟踪器辨识法、基于卡尔曼滤波器及衍生卡尔曼滤波器方法，获取混合正弦信号中的分量信号的个数及相应的频率，并通过线性高增益微分器或者高阶滑模微分器跟踪所述混合正弦信号的偶数阶微分信号，然后将所获取的所述混合正弦信号的分量信号个数及相应的频率、偶数阶微分信号传递至分量信号分离模块；第三步、所述信号分离模块接收所述混合正弦信号的分量信号个数及相应的频率、偶数阶微分信号，将正弦信号中的分量信号进行分离。一种基于上述混合正弦信号分离系统的分离方法，其特点是包括以下步骤：第一步、将混合正弦信号引入；第二步、确定混合正弦信号中的分量信号的个数n及相应的频率ωi，i＝1,…,n，并跟踪所述混合正弦信号的偶数阶微分信号y(2)，…，y(2n)，构造偶数阶微分信号向量K：K＝(y(2),…,y(2n))T(1)第三步、将所述混合正弦信号中的分量信号进行分离，得正弦分量信号与常量分量信号；在第三步中，根据所述混合正弦信号中的分量信号的个数n及相应的频率ωi构造如下转换矩阵Λ：此后，使用偶数阶微分信号向量和转换矩阵求解正弦分量信号向量，具体如下式所示：随后，将正弦分量信号向量通过矩阵的运算将各个正弦分量信号进行分离，对于第j个分量，采用如下的方法：得到正弦分量信号之后，通过下式进行常量分量信号的分离；A0＝y(t)-[1,1,…,1]1×nΛ-1K(5)得到正弦分量信号与常量分量信号，完成对所述混合正弦信号中分量信号的分离。本专利技术的有益效果是：该方法首先构造转换举证，然后运用微分跟踪器构造混合正弦信号相应的偶数阶微分信号，并利用偶数阶微分信号构造偶数阶微分信号向量，最后通过求解方程组得到混合正弦信号的包括常量分量在内的所有分量信号。本专利技术采用的微分跟踪器是非模型的跟踪器，利用微分跟踪器分离混合正弦信号能够保持实时性的同时，提高了正弦信号分离的精度和效率。由于微分跟踪器跟踪微分信号快速准确，利用微分跟踪器对正弦信号进行分离简单快速，分离效果好；微分跟踪器跟踪易通过简单硬件电路实现，更容易广泛应用；微分跟踪器还可以被嵌入到计算机程序中，在计算机操作系统中实现。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作详细说明。附图说明图1是本专利技术正弦信号分离方法实施例1的信号处理过程示意图；图2是本专利技术正弦信号分离方法实施例2信号处理过程的信号流动示意图；图3是本专利技术中的正弦信号分离系统的结构示意图；图4是本专利技术中的正弦信号分离系统的另一种实施例的结构示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合正弦信号分离方法，其特征在于包括以下步骤：第一步、将混合正弦信号引入；第二步、采用快速傅里叶变换法、微分跟踪器辨识法或者基于卡尔曼滤波器及衍生卡尔曼滤波器的方法确定混合正弦信号中的分量信号的个数及相应的频率，通过线性高增益微分器或者高阶滑模微分器跟踪所述混合正弦信号的偶数阶微分信号；第三步、将所述混合正弦信号中的分量信号进行分离，得到正弦分量信号和常量分量信号。

【技术特征摘要】
1.一种混合正弦信号分离方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步、将混合正弦信号引入；
第二步、采用快速傅里叶变换法、微分跟踪器辨识法或者基于卡尔曼滤波器及衍
生卡尔曼滤波器的方法确定混合正弦信号中的分量信号的个数及相应的频率，通过线
性高增益微分器或者高阶滑模微分器跟踪所述混合正弦信号的偶数阶微分信号；
第三步、将所述混合正弦信号中的分量信号进行分离，得到正弦分量信号和常量
分量信号。
2.一种混合正弦信号分离系统，其特征在于包括信号输入模块A、信号处理模块
B和分量信号分离模块C；所述信号输入模块A与所述信号处理模块电连接，用于将
混合正弦信号引入至信号处理模块；信号处理模块B与所述分量信号分离模块电连接，
用于接收所述信号输入模块引入的混合正弦信号，并进行处理，分量信号分离模块通
过快速傅里叶变换法、基于微分跟踪器辨识法、基于卡尔曼滤波器及衍生卡尔曼滤波
器方法，获取混合正弦信号中的分量信号的个数及相应的频率，并通过线性高增益微
分器或者高阶滑模微分器跟踪混合正弦信号的偶数阶微分信号，以及，将所获取的混
合正弦信号的分量信号个数及相应的频率、偶数阶微分信号传递至分量信号分离模块；
所述分量信号分离模块C接收所述信号处理模块传递的混合正弦信号的分量信号个数
及相应的频率、偶数阶微分信号，对混合正弦信号进行分量分离。
3.根据权利要求2所述的混合正弦信号分离系统，其特征在于：还包括分量信号
输出模块D，所述的分量信号输出模块D与分量信号分离模块电连接，用于将所述分
量信号分离模块分离出的正弦分量信号与常量分量信号输出。
4.根据权利要求2所述的混合正弦信号分离系统，其特征在于：所述信号处理模
块B包括分量信号个数及频率辨识模块a和微分跟踪模块b，分量信号个数及频率辨
识模块a用于对混合正弦信号进行处理，获取混合正弦信号中的分量信号的个数及相
应的频率；所述微分跟踪模块b用于跟踪混合正弦信号的偶数阶微分信号。
5.根据权利要求2所述的混合正弦信号分离系统，其特征在于：所述分量信...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏伟，仲于江，张炜，左军毅，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61