專利名稱：頻率自適應信號分析方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于信號分析技術(shù)領域，具體涉及一種用于把信號分解為直流分量與多個交流分量，并獲得每個交流分量的正交分量、頻率和幅值的信號分析方法。
背景技術(shù)：
在工程中，經(jīng)常需要把電壓、電流、聲音、振動等信號分解為直流分量與多個交流分量，計算直流分量的數(shù)值以及各個交流分量的頻率和幅值，例如電力系統(tǒng)的諧波與間諧波分析以及機械振動的振動分量分析等。
為此，現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)提出了幾種基于頻率估計的信號分析方法，這些方法雖然在一定程度上能夠獲得較好的分解結(jié)果，但都還存在一定的不足，例如基于微分方程形式的針對連續(xù)時間信號的信號分析方法，不能直接應用于計算機系統(tǒng)中；采用一階無限沖激響應(IIR)算法的信號分析方法，雖然具有較高的精度和較快的收斂速度，但是由于每次迭代的運行時間可能不相等，因而難以確定定時采樣周期的數(shù)值，軟件編程實現(xiàn)復雜；采用一階有限沖激響應(FIR)算法的方法雖然軟件編程實現(xiàn)簡單，但是僅具有一階的收斂速度與精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種頻率自適應信號分析方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的信號分析方法無法同時滿足易于在計算機系統(tǒng)中應用、具有較高的精度和較快的收斂速度、并且易于軟件編程實現(xiàn)的問題。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種頻率自適應信號分析方法，以T秒為采樣周期對被測信號進行定時采樣和量化得到采樣數(shù)據(jù)；設定交流分量個數(shù)N的值，通過迭代直接獲得直流分量Xe)，通過離散頻率估計算法直接獲得估計頻率《P ω2>…、ωΝ，交流分早.Χι、Χ2、···、和正早.Zi、Zg、···、并計算估計巾田值 &1、&2、···、ο作為優(yōu)選，針對被測信號的采樣數(shù)據(jù)u[s]，按下述第一處理方案和第二處理方案中的一種執(zhí)行，連續(xù)的兩個采樣數(shù)據(jù)分別執(zhí)行不同的處理方案；其中，βρ β2、…、β21Μ、β2Ν為依次遞增且均不大于2 31/T的正數(shù)，O < μ <2 3ι/Τ，0〈 γ〈106，分母函數(shù)b為大于零的二元函數(shù)；第一處理方案依次包括以下步驟SlOl :利用式(I)獲得直流分量增量Iitl[2]；I似=樸|(.^. (I)
A0[2] = //.e[2]S102 :令下標η依次取值為1，2，…，N，循環(huán)執(zhí)行式(2)，獲得交流分量增量hn[2]、正交分量增量gn[2]和估計頻率增量\[2]；
權(quán)利要求
1.一種頻率自適應信號分析方法，其特征在于，以T秒為采樣周期對被測信號進行定時采樣和量化得到采樣數(shù)據(jù)；設定交流分量個數(shù)N的值，通過迭代直接獲得直流分量Xtl，通過離散頻率估計算法直接獲得估計頻率…、ωΝ，交流分量Xl、X2、…、~和正交分早.Zi、Zg、···、Zn，并計算估計巾田值 &1、￡12、···、&ν。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的頻率自適應信號分析方法，其特征在于，針對被測信號的采樣數(shù)據(jù)U [S]，按下述第一處理方案和第二處理方案中的一種執(zhí)行，連續(xù)的兩個采樣數(shù)據(jù)分別執(zhí)行不同的處理方案；其中，βρ β2、…、β2Ν-!> β2Ν為依次遞增且均不大于2π/Τ的正數(shù)，O < μ <2 31 /T, 0< Y <106,分母函數(shù)b為大于零的二元函數(shù)； 第一處理方案依次包括以下步驟 5101:利用式(I)獲得直流分量增量Iitl [2]；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的頻率自適應信號分析方法，其特征在于，當采用非歸一化方法時，所述分母函數(shù)b為大于O的常數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的頻率自適應信號分析方法，其特征在于，當采用非歸一化方法時，所述分母函數(shù)b=l。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的頻率自適應信號分析方法，其特征在于，當采用歸一化方法時，所述分母函數(shù)b的函數(shù)式為b(x, y)= ε +x2+y2或者b (x, y) =max ( ε，x2+y2),其中正數(shù)ε不大于量化誤差，函數(shù)max表示返回兩個自變量中的最大值。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的頻率自適應信號分析方法，其特征在于，具體包括以下步驟 51:設定參數(shù)Τ、Ν、βρ β2、…、β2Ν_!, β 2Ν> μ > Y > ε的值，設定直流分量χ。，交流分量ΧρΧ2、…、xN，正交分量Zp ζ2、…、Zn和估計頻率ω i、ω2、…、ωΝ的初值； 52:設定直流分量增量hjl]、交流分量增量Ill [I]、h2[l]、…、hN[l]，正交分量增量gi[l] > g2[l] >…、gN[l]和估計頻率增量W1Iil]、w2[l]、...、wN[l]的初值,設定標志字的初值為執(zhí)行第一處理方案； 53:對被測信號的采樣數(shù)據(jù)u [s]，依據(jù)標志字的值執(zhí)行第一處理方案或者第二處理方案，然后修改標志字的值為執(zhí)行另外一種處理方案； 54:返回步驟S3循環(huán)執(zhí)行，直至迭代完成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的頻率自適應信號分析方法，其特征在于，將步驟S2替換為設定直流分量增量％[1]、11(|[2]、11(|[3]，交流分量增量111[1]、111[2]、111[3]、112[1]、112[2]、h2[3]、…、hN[l]、hN[2]、hN[3],正交分量增量 g! [I]、g! [2]、g! [3]、g2 [I]、g2 [2]、g2 [3]、...、gN[l]、gN[2]、gN[3]和估計頻率增量 wjl]、W1 [2]、W1M、w2[l]、w2[2]、w2[3]、…、wN[l]、wn[2]、wn[3]的初值，設定標志字的初值為執(zhí)行第二處理 方案。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種頻率自適應信號分析方法，以T秒為采樣周期對被測信號進行定時采樣和量化得到采樣數(shù)據(jù)；設定交流分量個數(shù)N的值，通過迭代直接獲得直流分量x0，通過離散頻率估計算法直接獲得估計頻率ω1、ω2、…、ωN，交流分量x1、x2、…、xN和正交分量z1、z2、…、zN，并計算估計幅值a1、a2、…、aN。本發(fā)明的頻率自適應信號分析方法由于采用迭代方法進行信號分析，易于在計算機系統(tǒng)中應用，并且具有較高的精度和較快的收斂速度。
文檔編號G01R23/16GK102967761SQ20121050641
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者儲昭碧, 李鑫, 陳梅, 馮小英 申請人:合肥工業(yè)大學