频谱分析中用于相位和频率校正的相位差校正法

提出了一种对连续时域信号分前后两段作傅里叶变换,利用其对应离散谱线的相位差校正出谱峰处的准确频率和相位的新校正方法——相位差校正法,通过窗谱函数的公式还可以校正其幅值,以解决离散频谱分析中由于谱峰谱线没有对正峰顶时所带来的较大误差。该方法原理简单,通用性好,运算速度快,校正精度高,可以在不知道窗谱函数表达式的情况下,直接用其相位差进行求解。仿真研究表明,对单频率成分的频率、相位、幅值进行校正,频率误差小于0.0002个频率分辨率,相位误差小于0.1 度,幅值误差小于0.02% 。     

调制FFT及其在离散频谱校正技术中的应用

提出了一种调制快速傅立叶变换(FFT),通过时域调制对实信号进行移频,打破频域内的对称性,再进行传统的FFT.该算法克服了直接进行FFT计算结果有一半冗余的缺点.将频率分辨率提高了一倍.提高了频率定位的精确度,从而减小了最大的幅值和相位误差,并进一步提高了抗噪性能.以比值校正法和相位差法为例,将调制FFT应用到离散频谱校正技术中,解决了基于FFT的离散频谱校正方法由于噪声影响而出现的一些问题,进一步提高了校正精度和抗噪性能.理论分析和Monte Carlo计算机模拟实验验证了上述结论的正确性.     

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。     

基于相位差校正技术的动平衡信号高精度测量

提出利用相位差校正技术实现动平衡信号的高精度测量.对原始随机采样的振动信号序列时移构造相同点数的新序列,分别对这两个信号序列加对称窗函数进行FFT分析,利用各自离散频谱中对应峰值谱线的相位差求取信号幅值和相位的校正量,最后根据该校正量得到基频不平衡信号的特征参数,同时也说明了对称窗函数的选取原则.该方法的采样频率不受待测信号频率影响,不需要整周期采样,算法实现方便,实时性好,且加适当的窗函数可以消除信号中的谐波、噪声干扰.实验结果表明该方法能够实现动平衡信号参数的高精度测量.     

组合复信号的相位差法频率估计EI北大核心CSCD

在随机噪声的干扰下,传统的时移相位差校正算法的抗噪声性能可通过增大时移长度来提升;然而,随机噪声的影响、谱线定位错误以及过长的时移均可能引入相位绕卷问题,从而导致较大的估计误差,这大大限制了传统算法的估计精度。针对这一问题,研究了造成相位绕卷的主要因素,并分析其对时移相位差法频率估计的影响;为进一步提高频率估计的精度,提出一种组合复信号的相位差校正法。仿真结果表明,与几种传统的相位差算法相比,组合复信号的相位差法可实现长时移下的频率估计,且具有良好的抗噪声性能。     

一种改进的基于相位差法的频谱校正方法

采用相位差校正法进行频谱校正,对幅值进行校正需要依赖于窗函数的谱函数。而实际上很多窗函数都十分复杂,其谱函数的解析表达式难以取得。该文提出基于相位差法取得频率修正量后,可以将原加窗序列乘以一个由频率修正量产生的复数序列,相当于进行一个小的频移,产生一个新的序列。新序列的信号频率正好对准离散频谱上的某一根谱线,不会产生泄漏。因此在幅值校正时不需要依赖窗函数的谱函数,通用性好。仿真研究和应用实例表明,采用该文提出的方法,选择合适的窗函数,即使是密集分布的频谱,也可以达到理想的校正精度     

基于相位差的频谱校正方法的研究

研究了基于相位差的频谱校正方法的基本原理,提出一种利用相位差校正的新方法———窗中心平移法。仿真结果表明,该方法实现方便,精度较高,适用于各种对称窗函数。在此基础上,将窗中心平移法与时域平移和改变窗长法综合应用,推导出相位差校正的统一公式。     

基于相位差校正法的全息谱研究

针对传统全息谱在噪声干扰下精度降低的问题,提出了一种新的基于相位差校正法的全息谱分析方法。该方法首先对时域信号加窗截断后进行FFT变换,然后引入相位差法校正其频率、幅值和相位,最后合成全息谱图。通过仿真及对柔性转子实验台的振动信号的分析,表明基于相位差校正法的全息谱可以明显提高其分析精度,更加精确而有效地诊断旋转机械的故障。     

离散频谱相位差校正方法研究

在综合分析三种离散频谱相位差校正方法特点的基础上,通过仿真研究,得出在无噪声和小噪声情况下,第一种相位差法（连续采两段信号分别作相同点数FFT）优于第二种相位差法（采一段信号分别作N点和前面N／2点FFT）和第三种相位差法（第一段信号,再构造新序列：将原时域序列前N／2点平移N／4点,将序列的前后N／4点置零,分别对原序列和新序列进行FFT分析,利用对应峰值谱线的相位差进行频谱校正的通用方法）。在大噪声情况下,第三种相位差法的正精度高于其它两种方法。对于相隔较近的频率成分（不小于4个频率分辨率）。第一种和第三种相位差法均高于第二种方法,在小噪声的实际工程中,推荐使用第一种相位差法加Hanning窗进行校正,幅值误差小于1％,频率误差小于0．02个频分分辨率,相位误差小于5度。     

离散频谱分析比值校正法幅值和相位的抗噪性分析

谐波信号离散频谱分析的比值校正法(内插法)在无噪声时是一种准确的校正方法,只存在计算时的舍入误差,但在包含噪声尤其信噪比较低时,校正精度会有所下降,甚至误差很大.研究了比值校正法的幅值与相位加不同的窗函数及加性高斯白噪声时的统计方差公式,并通过不同信噪比下的仿真验证了其准确性.建议避免在归一化频率误差较低的情况下使用加矩形窗的比值校正法来校正相位.     

高精度FTIR数据处理方法研究

为了实现对红外光谱的准确测量,对切趾、相位校正、波数校正等方法进行研究,建立了高精度的傅里叶红外光谱仪数据处理系统.在比较各种窗函数的优缺点的情况下选用四阶布莱克曼窗函数对干涉图进行切趾,根据红外光干涉图相位误差特点采用卷积法对单边干涉图进行相位校正,深入研究波数校正方法,采用能量重心法进行波数校正.实验结果表明,傅里...     

正弦压力信号数据处理方法研究

针对现行规程中广泛应用的4种正弦压力信号处理方法,为比较三参数法和四参数法的优劣,使用Matlab模拟幅值缩放、相位时延和谐波失真3种情况下的理想信号,并计算其幅值、直流分量、相位和频率4个正弦参数。结果表明:在已知信号频率的情况下,三参数法优于四参数法,且不受谐波干扰。进一步绘制三维图像,分析频率估计误差对三参数法幅值灵敏度和相位差的影响,最终给出结论:三参数法的最大误差在频率估计误差较小时可用线性误差控制,频率估计百分比误差为2%时,幅值灵敏度和相位差的最大百分比误差约为–1.9%,可用于保守计算频率估计误差所带来的影响。     

离散频谱综合相位差校正法

提出一种利用相位差的离散频谱综合校正法－时域平移＋改变窗长法，即第二段时域序列比第一段滞后L点，对这两段时域分别作N点和M点的FFT分析，利用对应峰值谱线的相位差进行频谱校的方法，这种方法是一种通用的离散频谱相位差校正法，文献[10-11]提出的校正方法只是此法的两个特例，仿真结果表明，该方法实施方便，精度较高，适合于各各对称窗函数，抗噪声能力强。     

高斯白噪声背景下时移相位差校正法的频率估计精度分析

推导了高斯白噪声背景下加任意对称窗函数截断的谐波信号用时移相位差校正法进行离散频谱校正时的归一化频率估计误差的统计公式;针对加矩形窗和加Hanning窗,通过与仿真模拟结果的对比分析验证了其正确性,并分析了在某些情况下产生偏离的原因;研究了谐波信号本身参数和校正方法选取的参数对估计误差的影响,并比较了加矩形窗和加Hanning窗时的估计误差。     

基于FFT的一种计及负频率影响的相位差测量新方法

用FFT法测量低频正弦信号相位差时,精度明显下降,甚至无法测量,其主要原因之一是模型中忽略了负频率成分的贡献.基于FFT法,提出了一种计及负频率影响的相位差测量方法,分别给出了加矩形窗和加汉宁窗对应的相位差计算公式.仿真结果表明,在无噪声背景下.具有很高的精度,尤其是加汉宁窗后,误差接近双精度运算的下限;在噪声背景下,该方法的测量精度也高于FFT法.提出的测量方案简单实用,特别适用于频率很低或接近奈奎斯特频率的正弦信号相位差测量.     

振动信号的幅值和相位计算方法分析

给出了基于Kaiser窗FFT频谱法、正弦逼近法和全相位时移相位差法计算振动信号幅值和相位的计算方法,并使用三种方法分别对单一的正弦信号以及混有噪声和其它频率的正弦信号进行了测试。通过测试数据对三种方法的信号处理效果进行了分析比较,阐述了不同计算方法的优缺点。比较结果显示具有抑制频谱泄漏和"相位不变性"的全相位谱分析结合高精度相位差法而得的全相位时移相位差法精度更高,应用范围更广。     

两个密集频率成分重叠频谱的校正方法

在离散频谱分析中当频率成分比较密集时,各频率成分的谱线相互重叠,产生干涉,使谱线的幅值和相位产生误差,此时无法直接使用比值校正法对频谱的幅值、频率和相位进行校正。该文针对具有两个相互重叠频率成分的密集频谱,分析了两个重叠频率成分在复频域的叠加情况,在不增加采样长度的条件下,通过向量分解和单频率成分的识别、校正方法,推导出其校正公式。仿真研究表明,这种校正方法简单易行,可以对谱峰间距大于０．０１个频率分辨率的两个有重叠干涉的频率成分进行精确的幅值、频率和相位的校正,幅值误差小于０．０２‰,频率误差小于０．００００２个频率分辨率,相位误差小于０．００３度。     

基于DTFT的一种低频振动信号相位差测量新方法

现有基于DFT频谱分析的相位差测量方法在测量低频振动信号的相位差时，精度明显下降，甚至无法测量，其主要原因之一是忽略了频谱中的负频率成分贡献。基于离散时问傅里叶变换（DTFT），提出了一种计及负频率影响的低频振动信号相位差测量方法，分别给出了加矩形窗和加汉宁窗对应的相位差计算公式。仿真及实测结果表明，在无噪声背景下，该方法具有很高的精度，误差接近双精度运算的下限；在噪声背景下，其测量精度仍高于传统的DFT频谱分析方法。提出的测量方案简单实用，特别适用于频率很低或接近奈奎斯特频率的振动信号的相位差测量。     

非整数时延相位补偿的时域平均技术

从时域平均中误差的产生、相位累积误差原理等方面对已有的时域平均算法进行了深入的分析,在此背景下,提出了一种可以在理论上彻底避免相位累积误差的方法--非整数时延相位补偿.在提出该方法之初,对非整数时延在离散信号处理中的物理含义进行了详细的分析,进而给出了有限长序列的非整数时延的实现方法以及序列周期延拓带来的截断误差机理分析.然后,在已有时域平均算法的基础上,通过引入非整数时延相位补偿的方法避免了相位误差,得到了无相位误差的时域平均算法.最后,通过仿真对比实验,证明了这种有限长非整数时延的时域平均算法在理论上可以获得比现有时域平均更好的性能.     

时延自相关解调频原理及其在齿轮故障诊断中的应用

当齿轮发生故障时,调幅和调频现象往往同时存在,但是传统方法通常只适用与解调幅,而不能解调频。同时振动信号中常含有大量的噪声,严重的影响了解调结果。由于高延迟的自相关函数具有受噪声影响比较小的特点,已有文献用时延自相关法解调幅,但是用做解调频还鲜有研究。为此,从理论上分析了调频信号和调幅调频信号的自相关函数,得出调频信号的自相关函数是调幅信号,调频调幅信号的自相关函数仍然是调幅调频信号,且其调制频率不变。这样就从理论上说明了时延自相关解调法是解调频和解调频的通用方法。最后通过仿真实验和实例分析,表明了时延自相关解调法不仅能有效的解调频,而且具有较好的抗噪性。