窗谱校正方法的实用峰值搜寻算法研究

因窗函数的多样性及大部分窗函数的频谱公式过于复杂，利用窗函数频谱图形的校正方法在实际使用中有其局限性。本文通过对加窗信号的傅氏变换的分析，得出泄漏对信号的频域参量影响的定量表达式，推导出对信号的频域参量进行校正的一般性公式。在此基础上提出一种实用的窗函数频谱峰值搜寻算法。仿真结果表明窗谱图形峰值搜寻校正方法同样可达到窗谱公式校正方法的精度。     

相减策略的含噪多频实信号频率估计算法EI北大核心CSCD

为抑制频谱泄漏对多频实信号频率估计的影响,提出一种新的频率估计算法。利用FFT法和相减策略对采样信号进行处理,逐步得到各分量的频谱最大值索引,以及各分量频谱偏移量和复幅值粗略值;构造包含所有非待估计频率分量的参考信号,利用相减策略从采样信号中减去参考信号,得到待估计的单频复信号,并对其频谱进行两点插值计算,得到该分量较精确的频谱偏移量和复幅值;然后,通过相减策略和频谱分析,逐步得到所有分量较精确的频谱偏移量和复幅值;通过迭代计算得到各分量精确的频率估计值。同时,可得到各分量精确的幅值和初相位。在无噪声、不同频率间隔等条件下进行了频率仿真试验。结果表明:所提算法有效抑制了频谱泄漏的影响,提高了多频实信号的频率估计精度,频率估计值的均方误差比其他优秀算法更靠近克拉美罗下限。     

离散频谱的能量重心校正法

针对离散频谱三点卷积幅值校正方法只能校正幅值,不能校正频率和相位的问题,从理论上推导了常用离散窗谱函数的能量重心就是坐标原点,由此得到了能量重心法校正频率和相位的公式。误差分析和仿真计算表明：与其它校正方法相比,此方法能对多段平均功率谱直接进行校正,算法简单,计算速度快,负频率成分和间隔较近的多频率成分产生的干涉现象所带来的误差对精度的影响小,校正方法适用于各种对称窗函数,解决了三点卷积幅值校正法不能校正信号频率和相位的缺点。在工程应用中,对噪声小的信号,推荐加Hanning窗n=1（三点卷积法）的方法进行校正,频率间隔大于等于4个频率分辨率的信号校正后的幅值误差小于1％,频率误差小于0.01个频率分辨率,相位误差小于5度,这种方法不适用于频率过于密集的分析场合或连续谱。     

基于FFT算法的轧钢机振动故障诊断系统

大型机械设备的正常运行的重要性逐渐被大家所认识,基于FFT频谱分析与频谱图显示的原理对轧钢机的振动信号分析,FFT是计算离散傅里叶变换的一种重要的计算公式,频域分析的编程中以FFT算法为基础,在对时域波形进行采样后,经过FFT处理离散数据,最终得到相关量的频谱图,经过频谱分析后,提出机械零部件出现故障时的信号特征,并成功诊断故障所在。     

基于频谱能量的材料晶粒尺寸表征方法

研究了利用超声频谱能量对材料晶粒尺寸进行表征的方法。通过不同的热处理方式获得了不同晶粒尺寸的奥氏体不锈钢材料,再分别利用衰减系数法、声速法和频谱能量法对材料的晶粒尺寸进行表征。结果表明:频谱能量法得到的衰减系数与平均晶粒尺寸呈非线性关系,晶粒尺寸的预测误差在4%~15%以内,优于传统的分析方法,证明了新方法的有效性。     

STFT及其在回声消除方面的应用

论述了STFT(Short-Time Fourier Transform)理论及其特点,设计了一个在桌面音频系统中由于麦克风和听筒的耦合而产生语音干扰(主要是回声)的消除系统,该系统利用STFT将所需信号和噪声信号变换到频域,通过频谱相减消除噪声。提出了一个基于多信道回声消除器的子带最小二乘滤波器理论分析和估算方法,该方法具有较强的自适应能力、算法收敛快、控制精度高。     

毫米波雷达液位计高精度测距算法研究

本文基于毫米波FMCW雷达液位计测距原理,针对影响测距精度的FFT栅栏效应问题,提出了将Zoom FFT和能量重心校正算法结合的高精度信号处理算法.该算法通过FFT算法锁定感兴趣的差频信号频谱范围,采用Zoom FFT在此范围内进行频谱细化,后利用能量重心校正算法对细化后的频谱进行频率校正,从而获得差频信号的精确频率信息,并通过换算得到雷达到液面的距离.仿真结果表明,该算法能将雷达液位计的测距精度提高到毫米量级,计算量和运算存储空间比较合理.     

离散频谱四点能量重心校正法及抗噪性能分析

在对比离散频谱能量重心法采用不同点数时的频率、幅值和相位校正精度的基础上提出了4点能量重心校正法,推导了高斯白噪声背景下单频率谐波信号采用4点能量重心法进行频率、幅值和相位校正的统计方差公式,通过仿真计算验证了其正确性.分析对比了采用不同点数进行能量重心校正时的优缺点,建议在工程中采用Han-ning窗4点能量重心法进行谐波信号离散频谱校正.     

基于MCSA的异步电机测速系统研究

在满足实时测速的前提下,直接对电机定子电流使用离散傅里叶变换,会带来频谱分辨率差、能量泄漏等问题,从而不能准确获取电机转速信息.为此,提出一种结合快速傅里叶变换、加窗函数、频谱细分和信号识别的综合算法.即将经过调理采样之后的信号加上布莱克曼窗或者凯塞窗,再对其进行复调制高分辨率的快速傅里叶变换,最后有效获取转子信号频率并求出电机速度.实验结果表明,本测速系统测量时间较短且具有较高的测量精度.     

离散密集频谱细化分析与校正方法研究进展

对近年来频谱校正领域中离散密集频谱细化分析与校正方法的理论研究和发展现状进行了回顾。根据信号所包含的频率分量的数目,将密集频谱细化分析与校正方法分为两类：一类是包含两个密集频率成分信号的频谱细化方法,另一类是包含三个及以上密集频率成分信号的频谱细化方法。综合阐明了各种离散密集频谱细化分析与校正方法的基本思想、算法原理、特点及其在工程中的应用。分析了现有密集频谱细化分析与校正方法的优缺点,并对离散密集频谱细化分析与校正领域的发展前景进行了展望。     

基于分数阶功率谱熵的未知水声脉冲信号检测方法

水声侦察的核心问题是在无先验知识条件下捕获其他平台发射的脉冲信号,单频（Continuous Wave,CW）信号和调频（Frequency Modulation,FM）信号是常用的水声探测脉冲。功率谱熵算法能有效检测低信噪比的CW信号,但对FM信号性能不佳,分数阶傅里叶变换（Fractional Fourier Transform,FRFT）则能聚集FM信号能量。利用FRFT的性质,结合功率谱熵算法,设计了分数阶功率谱熵检测器,可在分数阶域实施未知脉冲信号检测。理论分析了FRFT对FM信号的能量聚集作用,优化了FRFT阶数搜索方法。仿真实验以及海试数据处理结果证实检测器对FM信号性能良好,且对CW信号的侦察检测性能无影响。通过门限学习,检测器可实现对未知水声脉冲信号的统一自动检测。     

时域噪声引起频谱误差的估计方法

在模拟信号数字化的过程中,由于采样器固有噪声和取样脉冲抖动以及量化噪声等因素的影响,取样量化后的数字信号被噪声污染。对含有噪声的数字信号进行时频变换时,必然引起频谱误差。本文讨论如何利用误差功率估计由时域噪声引起的频谱误差问题。得出误差功率是频谱幅度误差的方差上限这一结论,该结论对评估数字信号的质量有参考价值。     

实复转换式衰减信号参数估计算法

为抑制衰减实信号中负频率成分对参数估计的影响,提出一种实复转换式参数估计算法。预估计采样信号频谱能量最大值点的索引值;构造只含有负频率成分的参考信号,并将采样信号和参考信号相减实现实复转换,以抑制负频率频谱泄漏的影响;利用频谱两点插值算法得到频率偏差、衰减因子和复幅值的粗估计值,并重新生成参考信号和复信号;通过迭代计算得到精确的频率、衰减因子、初幅值和初相位估计值。以频率估计为例的仿真实验结果表明:所提算法可有效地抑制负频率频谱泄漏的影响,提高中高信噪比条件下的频率估计精度,特别是信号频率较低时的频率估计精度,提升了频率估计的综合性能。此外,在科氏流量计中进行了实测实验,检验了所提算法的有效性。     

利用傅里叶变换提取图像纹理特征新方法

研究发现,由图像傅里叶周向谱传统算法得到的频谱分布不能够真正反映其频率特性。因此,根据傅里叶变换的共轭对称性,提出了更具有一般性的长方环傅里叶周向谱能量百分比新算法。该算法均匀地把图像功率谱分成20个等间距同心长方环,计算每一个长方环内功率谱能量占总能量的比值作为图像频率分布特征。实验证明,新算法能更好地反映具有一般性的不同频率图像的纹理特征。在对作物缺乏营养元素诊断识别研究中,新算法提取的特征有效性远远高于传统算法,使识别的准确率达到82%以上。     

广义解调算法中能量因子的引入与配置原理的研究

广义解调算法在振动信号时频谱应用中效果显著,而在分析解调频谱时对频率的初始值非常敏感。提出了能量因子可调的广义解调算法,将其应用到轴承振动信号的处理中并进行有效性评估。为获得轴承信号的相位函数,使用峰值搜索算法在包络信号中检测瞬时故障特征频率,估计拟合函数;引入了能量因子的概念,根据拟合函数配置能量因子,按照提出方法对原始信号进行重构;参考能量因子对重构信号的相位函数进行估计;对重构信号进行解调,得到关于能量因子的解调信号。根据特征频率的解调值与通过测得转速计算的理论值进行对比,评价能量因子配置的合理性。仿真和实测信号的处理,证明了算法的有效性。     

FFT幅相联合的快速高精度频率估计方法

快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform,FFT）常用于信号频率估计,采用填零的方法可降低幅度谱频率搜索间隔的量化误差,但是会使频率估计的计算量成倍增加。本文提出了一种FFT幅相联合的快速高精度频率估计算法,首先利用信号采样的频谱序列和尾首样本差确定幅度谱及峰值位置,然后由频谱序列在幅度谱峰值位置和信号采样的尾首样本差来确定频率搜索间隔的量化误差校正值。因此,所提方法同时利用了幅度谱峰值的位置信息与相位信息。分析结果表明,与仅基于幅度谱搜索的FFT算法相比,所提方法的计算复杂度更低,且定位精度更高。     

An adaptive window function method for power measurement

An adaptive window function for distorted power measurement is introduced in this paper. It can automatically provide the optimal window function according to the measured signal. Thus, the applied window function is always optimal in the sense of the zeros of its frequency response corresponding to the undesired measured signal spectrum components which will result in the harmful truncation errors. As a result, the harmful truncation errors of asynchronous sampling and the influence of interharmonics in the measured signal spectrum can be totally eliminated. The correctness, accuracy, and applicability of the proposed method have been verified both theoretically and by extensive simulations     

调频初相位补偿的广义Warblet变换时频分析

信号时频分析的长时间窗时频分析法通常可提高输出信噪比和频率分辨率,但对于调频信号,会降低线谱时频能量聚集度并影响瞬时频率估计。对于调频信号广义Warblet变换(Generalized Warblet Transform,GWT),具有较短时傅里叶变换(Short Time Fourier Transform,STFT)更优的时频分析性能,但在长时间窗分析时,调频初相位估计误差会使算法性能下降甚至失效。针对该问题,提出调频初相位补偿的GWT(Frequency Modulation Initial Phase CompensationGWT,FMIPC-GWT)时频分析方法。在调频参数估计时将一半时间窗长所经过的相位补偿到调频初相位中,提高调频参数估计的准确性以增加瞬时频率估计精度。仿真和实验数据验证了,相比STFT法和GWT法,FMIPC-GWT法对于非线性调频信号时频分析性能更优。FMIPC-GWT法在调频信号线谱检测与瞬时频率估计等方面具有应用前景。     

Investigation of Errors in Estimates of the Frequency of Signals of Laser Doppler Anemometers Using Wavelet Analysis

A method of processing the signals of laser Doppler anemometers using wavelet transformation is considered. The errors of Doppler frequency estimation obtained from an analysis of the wavelet spectrum of the signal are calculated and the influence of a number of parameters on these errors is investigated. Recommendations for performing measurements are given.     

基于调制FFT的谐振式SAW传感器快速频率估计算法

针对高动态环境下的谐振式声表面波（Surface Acoustic Wave,SAW）传感器快速精确频率估计,提出一种基于调制快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform,FFT）的谐振式SAW传感器快速频率估计算法。对单次谐振式SAW传感器回波信号进行N点取样后进行调制FFT计算,获得回波信号频谱,然后利用最大谱线的两相邻谱线取代I_Rife算法频谱细化后的谱线对频率偏移因子进行估计,最后使用频率偏移因子对最大频谱频率进行修正。该算法较I_Rife算法不需要判断频率修正方向,减少了3N次复数乘法和4（N-1）次复数加法运算,频率估计均方根误差的平均值减小了26%。该算法在提高精度的同时,实现了对谐振式SAW传感器的快速频率估计。