一种基于序列零初相位调制的新型正弦信号频率测量方法

高准确度的正弦信号频率测量技术有广泛的应用,如应用于系统信号的同步处理,系统的谐波和系统的阻抗测量.但在低频正弦信号频率测量方面,现有的频率测量方法普遍存在准确度不高和抗谐波噪声干扰性不强等问题.文中提出了一种主要由序列零初相位调制等方法构成的新型正弦信号频率测量方法,分析了序列零初相位调制的原理.新方法避开了输入序列任意初相位的影响,同时调制序列携带了数值较大的信号序列全相位差信息,可实现准确度较高的低频正弦信号频率测量,此外新方法还具有较强的抗谐波噪声干扰特性,将新方法具体应用于电力系统正弦频率的测量,显示出明显的优越性.通过数学计算、仿真实验及物理实验结果验证了新型正弦信号频率测量方法的正确性和可靠性.     

FMCW微波液位测量的快速频率估计算法

在FMCW(调频连续波)微波液位测量系统中,回波差拍正弦信号的频率检测是实现距离测量的关键.本文比较了基于离散傅里叶变换的正弦信号频率估计方法:矩形窗比值公式法和能量重心校正法,并分析了这两种算法在频率估计中各自存在的问题,通过分析噪声对频率测量的影响并结合两者的优势,提出一种基于FFT的快速频率估计算法,实验结果表明该方法的测量精度高,计算量小,具有实现简单、快速实时等特点.     

ICP光源中频率测量装置的设计

针对产生并维持电感耦合等离子体(ICP)的要求,简要介绍了频率稳定性对于ICP光源的意义,提出了测量范围为1.8~52MHz的频率测量装置的设计方案;文章详细分析了频率测量装置中的电路设计,包括采样互感器、功率合成电路、可变增益放大器和控制单元,并介绍了频率测量的软件设计方案;利用数字频率特性测试仪SA1050对频率测量装置进行了测试,在氩气等离子体的激发实验中,对ICP光源的频率稳定性进行了测量,通过对实验数据的分析统计,得到ICP光源的频率稳定度≤±0.1‰,可以满足ICP光源的使用要求。     

混合式频率合成技术对多普勒频移补偿的研究

在航天测控领域中,测控系统的动态捕获、跟踪性能和测量精度是非常重要的因素.为检测雷达的动态捕获、跟踪性能和测量精度,在多普勒频率模拟器中,采用混合式频率合成技术(DDS+PLL).对直接数字频率合成技术和锁相环技术进行了分析,提出了设计方案.该技术可以实现高精度、快速率的频移补偿,且不会影响原有信号的相位特性,使用该方法解决了小频率间隔与低相位噪声输出之间的矛盾.并且具有频率分辨率高,输出相位噪声低的优点,同时具有较好的杂散抑制性能.     

基于时间累加器的二阶ΔΣ时间数字转换器

提出以一个可获得高的分辨率和宽的信号带宽的二阶ΔΣ时间数字转换器(TDC),TDC基于门控环形振荡器型TDC并结合时间差加法器构成的时间累加器实现了二阶量化噪声整形。采用SMIC 28nm工艺设计,Spectre仿真结果表明,在1 M带宽内噪声底约为-82 d Bps~2/Hz,等效到50 Ms/s奈奎斯特率型TDC的分辨率约为2 ps,功耗取决于输入时间间隔,在测量间隔1ns时功耗约为1.19 mW。受到结构限制,这种类型时间数字转换器输入范围较小。     

基于频差修正的余弦信号频率估计算法

针对余弦振动信号的频率高精度估计需求,提出了一种基于频差修正的频率估计算法.对连续时间信号进行采样后,使用Candan算法估计出频差,运用频差对信号的频率进行修正.对修正后的信号使用Liang算法再次进行频偏估计.最后将2次估计得到的频率值相加求得最终估计频率.通过频差修正,避免了Candan算法因插值方向错误和Liang算法自身特点导致估计精度降低的问题,虽然增加了计算量,但并不影响信号实时处理.仿真结果表明:在相对频偏为任意值的情况下,改进算法的频率估计均方误差接近克拉美罗下限(CRLB),性能优于现有频率估计算法.     

数字频率计分频电路的设计

由于频率信号抗干扰性强，在实际应用中常将待测信号转换成频率信号进行测量。文中对数字频率计的核心部件－分频器，提出了一种新的设计思想，对分频器的硬件电路和软件设计进行了详细的论述。并且提出了频率的高精度测量方法，实验表明，利用此分频器实现的自动选择量程频率计，测量范围宽，精度高，具有一定的实用价值。     

基于TMS320F2812DSP的高精度占空比测量

针对频率信号的占空比测量需求,介绍了以TMS320F2812DSP为核心的高精度频率量占空比测量的方法,包括硬件实现和软件控制策略.充分利用TMS320F2812处理器的外设功能,针对不同的外部输入采用了该芯片的EV(EVA/EVB)模块和A/D模块两种不同的测量方法,达到了对频率量占空比的高精度有效测量.     

新型全数字化细胞阻抗传感器的设计与实现

针对目前我国微生物检测设备的落后现状,使用现代电子技术开发了一种新型全数字化细胞阻抗传感器系统;该传感器使用了数字频率合成、数字锁相放大和MATLAB与VC混合编程等多种数字处理技术,提高了设备的测量精度,缩短了测量时间;最后,利用该传感器进行了成人真皮纤维原细胞培养液的电阻抗测量,获得了细胞阻抗与频率、细胞阻抗与时间的对应关系;实验数据结果表明,该传感器运行稳定可靠,测量精度高,抗噪声能力强,具有一定的实用性.     

一种全同步数字频率测量方法的研究

在频率测量过程中,±1个计数误差通常是限制频率测量精度进一步提高的重要原因。在分析±1个计数误差产生原因的基础上,提出了一种利用被测信号、时钟基准和测量门限相位的全同步来消除计数误差的频率测量方法,给出了基于FPGA实现上述测量方法的实验原型和实验对比结果。     

金贺荣 郑德忠 何 群

针对应用虚拟仪器技术测量旋转动力机械扭矩的原理与算法进行了研究,提出一种频率跟踪基于相位差测量扭矩新方法.通过相关法相位差测量算法获得扭转角大小,实现了扭矩的测量,利用相关和正弦函数的一些性质,使部分噪声分量被有效地与有用信号相分离,从而提高了抗随机干扰能力和测量的准确度.运用广义预测方法,使采样频率跟踪被测信号频率的变化,实现整周期采样,保证测量精度.这种测量方法以灵活的软件功能代替固化硬件,提高了系统的可靠性和测量精度.     

加权最小二乘联合遗传算法的无源定位

针对复杂环境下运动通信辐射源的无源定位,闭式解方法对于时频差模型中的测量噪声敏感且存在定位均方根误差较大问题.为了改善大观测误差下的定位性能,本文提出一种加权最小二乘联合遗传算法的递推式混合TDOA/FDOA定位方法.该方法首先利用已知站点观测大量时频差数据并建立误差模型,基于模型对定位过程中的多组时频差序列进行数据处理;其次通过加权最小二乘求解目标位置的初始值;然后采用改进的遗传算法在初始值的基础上通过多组时频差序列不断迭代、递推求解,修正位置坐标;最后利用位置估计和频差模型完成对目标速度估计.仿真结果表明,本文定位算法相比于经典两步加权最小二乘法具有更低的均方根误差,在大观测误差下能保持较高精度.同时相比于其他混合定位算法收敛速度快,可以有效减少计算量.     

利用小波变换加权自相关的基音检测法

自相关函数法、平均幅度差函数法及小波变换法是经典的基音检测方法，本文简要分析了单独使用它们进行基音检测时存在的不足，提出了一种基于小波变换的加权自相关的检测方法。将多级小波变换的近似分量加权求和以突出基音信息，采用改进的平均幅度差函数加权自相关函数的方法以突出真实基音周期处的峰值，提高基音检测的正确率。实验表明，与传统的自相关函数法和平均幅度差函数法相比，本文方法减少了倍频和半频错误，提高了基音检测的精度，在信噪比为-5dB时仍能得到较准确的结果。     

科氏质量流量计相位差的一种高精度估计方法

科氏质量流量计是一种用于直接测量质量流量的流量计,其测量精度易受环境噪声的影响。为提高其精度,提出了一种高斯噪声背景下的科氏质量流量计相位差估计新方法。当传感器信号频率在较小范围内缓慢波动时,通过锁相环实现整周期采样。采用离散傅里叶变换计算两路传感器信号的相位差,并实现了219点离散傅里叶变换,以获得精确的相位估计值。与快速傅里叶变换相比,所提出方法具有计算量小、计算速度快等优点,大大降低了数据处理容量。仿真结果表明:当信噪比高于0dB时,该方法的相位估计误差小于0.12°。     

改进相位差测量在感应加热电源频率跟踪中的应用

在感应加热电源的频率跟踪环节中,需要对负载电压和电流信号相位差进行测量.由于待测负载信号存在波形畸变,使得常用的过零比较法在实现时存在一定误差.为了解决这一问题,提出一种改进的相位差测量方法.利用dsPIC的输入捕捉模块测量负载信号的周期,配合快速傅里叶变换得到负载电压和电流信号相位差,然后对测得的相位差进行修正和补偿,最终实现系统频率跟踪功能.实验结果表明,该方法可以使逆变电路输出较为准确地跟踪负载固有谐振频率的变化,提高了系统的工作性能,较好地达到系统频率跟踪的要求,在实际设计中有一定的应用价值.     

基于DFT的相位差估计精度与改进方法

相位差是传感器信号处理中重要的检测参数。针对相位差高精度估计要求,在阐述DFT相位差估计原理基础上,分析了影响估计精度的主要因素,推导出估计方差与信噪比、采样长度、频率偏差及对称窗型窗长的具体关系,并给出了满足精度要求的信噪比、采样长度和和频率偏差条件。提出一种校正谱泄漏的相位差估计方法,先通过比值法计算出频率偏差,然后考虑负频率泄漏影响进行相位差估计,校正了短程和长程两类谱泄漏影响,给出了加矩形窗或Hanning窗的估计式和方法步骤。实验结果验证了估计精度分析及本文方法性能,科氏流量计应用实验表明了方法的工程可行性和实用价值。     

谐波法复杂周期信号周期测量

利用复杂周期信号频谱存在大量等间隔幅度起伏的谐波分量.提出了复杂周期信号的谐波法周期测量.谐波法之FT-Abs-IFT(FAIF)是周期信号频谱包络的反傅里叶变换,输出为频谱包络对应时域信号与周期冲击信号的卷积.其最大值是等幅度或起伏幅度(噪声条件下)的周期冲击信号,通过门限栓测和周期测量得到信号周期(或频率).最后通过与常用周期信号测量方法(同态滤波法、自相关法和AMDF)的仿真比较,表明对于复杂周期信号,谐波法之FAIF测量精度高,误差率低和良好的抗噪性能.     

基于频域相位方差加权的线性调频信号检测方法

针对未知线性调频信号的检测问题,依据线性调频信号相位比较稳定这一特征,提出一种基于频域相位方差加权的线性调频信号检测方法。该方法利用线性调频信号频率单元对应相位比较稳定,背景噪声频率单元对应相位比较随机的特点,对各频率单元进行相位方差加权,可以进一步抑制背景噪声能量干扰,增强线性调频信号检测信噪比增益,实现对未知线性调频信号的检测。仿真条件下,在输入平均谱级比大于-10 dB时,相比相位差分对齐法,该方法所得最终线性调频信号频率单元与噪声频率单元的平均谱级比得到了进一步提高,且随着输入平均谱级比越高,输出线性调频信号频率单元与噪声频率单元的平均谱级比提高越多。理论分析和实验结果表明:该方法可以有效增强信号能量,抑制噪声,提高信噪比。     

大型接地装置的工频间隔波测量方法研究

接地阻抗测量对仪器装备有很高的要求。为了避免现场测量受到工频噪声干扰,测量仪器被迫使用异频法进行测量,极大地增加了仪器的成本。提出了一种大型接地装置的工频间隔波测量方法,以弥补异频法的不足。从原理、实施和现场应用等三方面开展了研究。间隔波方法通过同步的高速采集和电力电子开关输出工频的间隔电流信号,然后通过相邻周波信号的前后向差分以去除现场噪声的影响。在现场测量了不同类型强干扰的噪声,并通过仿真分析了间隔波方法的抗噪性能。该方法在某500kV变电站的接地阻抗测量中实现了间隔波测量方法的应用并与异频法作对比。证明了方法的有效性。该研究可为接地阻抗测量装备的轻型化和智能化提供参考。     

聚类差分图像核密度估计前景目标检测

针对非参数核密度估计学习阶段信息冗余与重复计算,估计阶段的估计错误噪声和计算量大的问题,提出了一种基于聚类分析的差分图像核密度估计前景目标检测算法.该方法在非参数核密度估计的学习阶段基于最大最小聚类原理从原采样全样本中提取那些具有较高频度和多样件的小样本来包含尽可能多的关键样本信息,在估计阶段采用基于自适应阈值的图像差分滤去非典型的运动像素,再利用高斯核密度估计进行运动像素分类.实验结果表明该方法限制了非典型运动像素估计错误产生的噪声,并减少了核密度估计计算量,提高了算法的实时性.