本发明专利技术公开了一种动态正弦畸变信号中频率分量的提取方法及其实现装置，利用三角Hanning时域卷积窗对离散化的正弦畸变信号进行加权，对加权以后的信号做离散傅里叶变换得到离散频谱，找到离散频谱中的幅度值为最大、次大和第3的谱线，对所找到的3根峰值谱线，计算峰值谱线左右两侧的泄漏权值，利用泄漏权值的算术平均获得频率分量偏移值，实现频谱泄漏的对消抑制，从而准确提取正弦畸变信号中频率分量的频率和幅值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及动态信号测试与分析领域，具体是一种动态正弦畸变信号中频率分量的提取方法及其实现装置。
技术介绍
正弦信号是频率成分最为单一的一种信号，广泛应用于通信、电力传输、工业自动控制、超声波探伤等领域。但是在实际系统中，受噪声、传输阻抗等影响，正弦信号往往存在着一定程度的畸变。以电力系统为例，随着电力系统中各种类型的非线性负荷(大功率整流设备、换流设备、电弧炉、电气化铁道以及家用电器等)的不断增加，电力系统中电压、电流正弦波形畸变现象日趋严重。因此，动态正弦畸变信号中频率分量的准确提取是急需解决的关键难题。 正弦畸变信号中频率分量提取方法从早期的模拟滤波器检测方法，逐步转向以数字信号处理技术为基础的数字分析方法，如FFT、小波变换、人工神经网络、支持向量机等。基于FFT的方法因其实现简单而颇受青睐，但其在动态正弦畸变信号的频率分量提取中难以应用，其主要原因如下1)畸变发生时，正弦基波频率往往存在波动，严格的同步采样难以实现，非同步采样所引起的频谱泄漏和栅栏效应大大降低了分析精度；2)采用FFT方法时，为简化数学推理，往往忽略了各频率分量间的相互干扰，特别在白噪声存在情况下，动态正弦畸变信号的频谱泄漏模型更加复杂。而上述难题至今仍未有理想成熟的解决方案。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种动态正弦畸变信号中频率分量的提取方法及其实现装置，抑制正弦畸变信号进行傅里叶变换时所产生的频谱泄漏，从而提高动态正弦畸变信号中频率分量提取的准确度。为解决上述技术问题，本专利技术提出的解决方案为利用三角Hanning时域卷积窗对离散化的正弦畸变信号进行加权，对加权以后的信号做离散傅里叶变换得到离散频谱，找到离散频谱中的幅度值为最大、次大和第3的谱线，利用所找到的3根峰值谱线计算峰值谱线左右两侧的泄漏权值，利用泄漏权值的算术平均计算频率分量偏移值，实现频谱泄漏的对消抑制，从而准确提取正弦畸变信号中频率分量的频率和幅值，具体包括以下步骤a.确定进行傅里叶变换的数据长度N和采样频率fs ;b.将长度均为N/2的三角窗与Hanning窗进行时域卷积，得到长度为N-1的卷积结果，在该卷积结果前补I个零，得到长度为N的三角Hanning时域卷积窗w(n)；c.利用长度为N的三角Hanning时域卷积窗w (η)对离散化的正弦畸变信号X (η)加权，得到加权后的正弦畸变信号xw (n) =X (n) w (η)；d.对加权后的正弦畸变信号xw(n)进行长度为N的离散傅里叶变换，得到频谱函数 X (η)；e.查找频谱函数X(η)，得到幅度最大谱线Ic1、次大谱线k2和第3大谱线k3，相应的频谱幅度分别为Ix1U X2和Ix3I ；f.计算峰值谱线左右两侧的泄漏权值分别为Cl1和d2，具体计算公式为 权利要求1. 一种动态正弦畸变信号中频率分量的提取方法，其特征在于利用三角Hanning时 域卷积窗对离散化的正弦畸变信号进行加权，对加权以后的信号做离散傅里叶变换得到离 散频谱，找到离散频谱中的幅度值为最大、次大和第3的谱线，利用所找到的3根峰值谱线 计算峰值谱线左右两侧的泄漏权值，利用泄漏权值的算术平均计算频率分量偏移值，实现 频谱泄漏的对消抑制，从而准确提取正弦畸变信号中频率分量的频率和幅值，具体包括以 下步骤a.确定进行傅里叶变换的数据长度N和采样频率fs；b.将长度均为N/2的三角窗与Hanning窗进行时域卷积，得到长度为N-1的卷积结 果，在该卷积结果前补1个零，得到长度为N的三角Hanning时域卷积窗w(n)；c.利用长度为N的三角Hanning时域卷积窗w(n)对离散化的正弦畸变信号x(n)加 权，得到加权后的正弦畸变信号xw(n)=x(n)w(n)；d.对加权后的正弦畸变信号xw(n)进行长度为N的离散傅里叶变换，得到频谱函数 X(n)；e.查找频谱函数X(n)，得到幅度最大谱线匕、次大谱线k2和第3大谱线k3，相应的频 谱幅度分别为IX」、|x2|和|x3| ；f.计算峰值谱线左右两侧的泄漏权值分别为di和d2，具体计算公式为2.一种实现权利要求1所述的动态正弦畸变信号中频率分量的提取方法的装置，其特 征在于，它包括由用于采集正弦畸变信号的数据采集卡，用于进行正弦畸变信号中频率分 量频率和幅值分析的计算机，其中正弦畸变信号与数据采集卡的输入通道相连，数据采集 卡与计算机通过USB相连。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的数据采集卡使用美国国家仪器公 司的NI USB-6210, NI USB-6210的采样频率设置为250k Hz，数据转换位数为16位，NIUSB-6210包含有16个信号输入通道,可以选择其中的任意I个输入通道与正弦畸变信号相连，NI USB-6210与计算机通过USB连接。4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的计算机是指安装有美国国家仪器公司LabVIEW软件系统的计算机，计算机通过USB与NI USB-6210相连后，运行LabVIEW软件后可以接收到NI USB-6210采集的正弦畸变信号，根据动态正弦畸变信号中频率分量的提取方法可以得到频率分量的频率与幅值。全文摘要本专利技术公开了一种动态正弦畸变信号中频率分量的提取方法及其实现装置，利用三角Hanning时域卷积窗对离散化的正弦畸变信号进行加权，对加权以后的信号做离散傅里叶变换得到离散频谱，找到离散频谱中的幅度值为最大、次大和第3的谱线，对所找到的3根峰值谱线，计算峰值谱线左右两侧的泄漏权值，利用泄漏权值的算术平均获得频率分量偏移值，实现频谱泄漏的对消抑制，从而准确提取正弦畸变信号中频率分量的频率和幅值。文档编号G01R23/20GK102998528SQ20121053492公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月12日 优先权日2012年12月12日专利技术者温和, 滕召胜, 王永, 黎福海, 唐求, 高云鹏, 姚文轩, 成达, 谭霞, 左培丽, 孟卓 申请人:湖南大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种动态正弦畸变信号中频率分量的提取方法，其特征在于：利用三角Hanning时域卷积窗对离散化的正弦畸变信号进行加权，对加权以后的信号做离散傅里叶变换得到离散频谱，找到离散频谱中的幅度值为最大、次大和第3的谱线，利用所找到的3根峰值谱线计算峰值谱线左右两侧的泄漏权值，利用泄漏权值的算术平均计算频率分量偏移值，实现频谱泄漏的对消抑制，从而准确提取正弦畸变信号中频率分量的频率和幅值，具体包括以下步骤：a.?确定进行傅里叶变换的数据长度N和采样频率fs；b.?将长度均为N/2的三角窗与Hanning窗进行时域卷积，得到长度为N?1的卷积结果，在该卷积结果前补1个零，得到长度为N的三角Hanning时域卷积窗w(n)；c.?利用长度为N的三角Hanning时域卷积窗w(n)对离散化的正弦畸变信号x(n)加权，得到加权后的正弦畸变信号xw(n)=x(n)w(n)；d.?对加权后的正弦畸变信号xw(n)进行长度为N的离散傅里叶变换，得到频谱函数X(n)；e.?查找频谱函数X(n)，得到幅度最大谱线k1、次大谱线k2和第3大谱线k3，相应的频谱幅度分别为|X1|、|X2|和|X3|；f.?计算峰值谱线左右两侧的泄漏权值分别为d1和d2，具体计算公式为：，g.?利用泄漏权值d1和d2的算术平均值计算频率分量偏移值kx，具体计算公式为：h.?根据所计算的频率分量偏移值kx，得到正弦畸变信号中频率分量的频率值f0，具体计算公式为：i.?根据所计算的频率分量偏移值kx，得到正弦畸变信号中频率分量的幅值A0，具体计算公式为：。FDA0000257502281.jpg,FDA0000257502282.jpg,FDA0000257502283.jpg,FDA0000257502284.jpg,FDA0000257502285.jpg...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：温和，滕召胜，王永，黎福海，唐求，高云鹏，姚文轩，成达，谭霞，左培丽，孟卓，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。