ZFFT与Chirp-Z变换细化选带的频谱分析对比

在细化选带频谱分析中，复调制细化方法（ZFFT）和线性调频Z变换方法（Chirp—Z变换）是常用的两种方法。通过理论分析和仿真计算，对两者在算法、特点和误差方面进行对比分析表明：对于单频率和谱线干涉不严重的多频率谐波成分，使用FFT后进行校正，或者使用CZT细化分析，均能得到高精度的频率、幅值和相位，不必使用ZFFT；对于发生严重干涉现象的密集多频率谐波成分，ZFFT通过增大细化倍数后重采样，把干涉的各频率成分分离后进行校正可获得高精度的信号参数，但CZT只是把细化分析频带局部放大，无法消除干涉影响，提高频率分辨率也无法分离出信号的真实频率成分。通过增大采样点数，减少干涉产生的误差，CZT可以获得较高精度的信号参数，但却大大增加了运算时间。     

密集频率数字信号的判定和校正方法

数字信号的频谱分析中,DFT只得到的频谱可以粗略确定实验信号各谐波频率,振幅和相位,单频谱谐波在其频率的某一邻域内的细化幅值频谱和相位频谱具有显著的特征,通过分析比较,单频率谐波细化频谱与矩形窗的频谱极其相似,依此为准绳,可以判定密集频率信号,进而通过待定谐波参数,选择合适的参数区间和步长组合循环计算,并用矩形窗频谱近似单频率谐波细化频谱的办法,则可以还原校正密集频率的谐波参数,校正精度略低于细化频谱对单频率谐波的计算结果,该方法可以较好的进行情况多变的多个密集频率频谱分析,越多的密集频谱,需要更大的计算量。     

基于复解析带通滤波器的复调制细化谱分析原理和方法

采用复解析带通滤波器进行选带细化谱分析的原理为：构造复解析带通滤器－对时域信号隔D（细化倍数）点或2D点进行复解析带通滤波－移频－进行FFT和谱分析。与传统复调制细化谱分析相比,由于只对细化选抽点进行移频,大大节省了内存空间,减少了计算工作量;由于先选抽滤波后移频,避免了较复杂的频率调整过程,复解析滤波器的负频率部分幅值为零,能够大大降低对数字滤波器特性的要求,提高细化分析的最大倍数和细化谱分析的精度,仿真研究表明,采用FIR一级数字滤波器,当半阶数为500时,最大细化倍数可达150,仍能保证幅值分析精度误差在1％以内,采用二级FIR滤波器,最大细化倍数可达2000倍以上。     

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。     

频谱分析的校正方法

本文提出了一种对幅值进行校正的新方法，以解决离散频谱当谱峰谱线没有对正峰顶时所带来的误差。该方法首次利用谱峰主瓣内谱线的重心求出峰顶的坐标，可得到准确频率、幅值和相位。其校正业可达细化１０００倍左右的效果。     

应用Hilbert变换和ZFFT提取变速器齿轮故障特征

变速器故障齿轮振动信号,调幅现象和调频现象同时存在,其频谱中包括啮合频率及其谐波、调制产生的耦合频率。Hilbert变换无法提供足够高的频率分辨率解调低频调制信号,为此提出复调制细化谱分析方法。通过变速器齿轮故障模拟实验,采集齿轮正常、轻微磨损和严重磨损时的稳态振动信号,对其进行Hilbert变换得到信号的包络,对包络信号进行复调制细化谱分析,得到齿轮轴转频基波及其谐波幅值。随着齿轮磨损程度的增加,齿轮轴转频基波及其谐波幅值明显增大,可作为齿轮磨损故障特征参数。     

奇异值分解结合频率切片小波的齿轮故障特征提取

频率切片小波变换是一种有力的时频分析方法,但在强背景噪声条件下其故障特征识别能力不足,故提出奇异值分解结合频率切片小波的故障特征提取方法。首先利用原始信号构造Hankel矩阵,根据奇异值差分谱单边极大值原则确定阶次并进行降噪处理,继而利用频率切片小波对降噪信号进行全频分析,确定信号分量分布区间之后,对能量集中的信号进行频率切片细化分析,用时频图及重构信号提取齿轮故障特征。通过仿真及实测齿轮的点蚀信号分析,表明该方法能够实现齿轮运行状态的准确判别,有一定的工程实际意义。     

复合钙钛矿Pb（Fe1／2Nb1／2）O3的弛豫特性

制备了纯钙钛矿相Ｐｂ（Ｆｅ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３（ＰＦＮ）陶瓷，研究其介电性能表明，ＰＦＮ陶瓷无论退火与否都存在弥散性相变（ＤＰＴ）现象，未退火试样εｍａｘ对应的温度Ｔｍ不随测量频率变化，退火试样的Ｔｍ随频率变化，即表现出Ｔｍ频率色散现象，结合ＸＲＤ分析，指出ＰＦＮ应属弛豫铁电体。     

金属表面微量含油量的电化学测量方法

采用电化学交流阻抗技术研制了ＯＦ－１型油膜分析仪，在ＯＦ－１型油膜分析仪所确定的频率范围内，在特定的缓冲溶液中，金属表面的微量含油量（２０－８００ｍｇ／ｍ＾２）和相对应的电化学反应阻抗具有良好的相关性，结合化学失重分析法标定电化学阻抗值和金属表面含油量之间的等量关系后，可将此法且表面冷轧钢板含油量的快速分析，适用于钢铁厂、汽车工业钢板含油量的现场分析工作，具有一定的实用性。     

人耳对信号频率瞬时变化的听觉响应研究

从探讨人耳在噪声背景中听测具有复杂时间－频率结构的主动声呐信号的模型出发，研究了人耳对信号频率发生短时间变化的感觉灵敏性问题。根据在８５０～１１３０Ｈｚ频段内的测量结果，得出了人耳听觉对频率变化响应的模糊区域由τ△Ｆ＝１～２决定。这里τ和△Ｆ分别是指信号频率变化的时间间隔及变化的差值。当τｔ△Ｆ≤１时，人耳感觉不到频率的瞬变，而当，τ△Ｆ≥２时则能十分清楚地分辨。     

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.     

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。     

几种基于FFT的频率估计方法精度分析

介绍了噪声背景中正弦信号频率估计的方差下限，对利用FFT主瓣内两条幅度最大谱线进行插值的频率估计方法（Rife-Jane方法和Quinn方法）以及利用FFT相位进行频率插值的方法（分段FFT相位差法和重叠FFT相位差法）的方差进行了理论分析，推导了Quinn方法的频率估计方差计算公式．提出了通过滤波进一步提高分段FFT相位差法的频率估计精度的方法。通过计算机MonteCarlo模拟实验对上述各种方法的频率估计精度以及加窗函数的影响进行了分析并与理论下限进行了比较，指出了每种方法所能达到的估计精度。     

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。     

Analysis of an automatic sinusoidal detector with FFT and cell‐averaging processor

Abstract

A sinusoidal detector with adaptive thresholding CFAR (constant‐false‐alarm‐rate) processor operating in noise of changing statistics is analyzed for some very general situations. The detector contains FFT and a cell‐averaging processor, which can be easily implemented for real time applications, such as in pulse doppler radar. For signals in stationary noise in particular, the second‐order statistics of the FFT‐based periodogram of the windowed data are derived. In the AWGN case, this detector possesses the desired CFAR characteristics. For Gaussian colored noise, the detector performance is derived analytically with certain reasonable approximations. It is shown from some numerical examples that in this case the variation of the false alarm probability with respect to the unknown sinusoidal frequency and noise spectrum is not significant, which reveals the property of robustness. Moreover, the detection probability is satisfactory for most cases.     

Hydrodynamics numerical investigation of hoistable masts for underwater vehicles

Hoistable masts are key systems of underwater vehicles. The hoistable mast enables a underwater vehicle to penetrate the sea surface and exchange information with little risk of being detected. It is very important for researching the hydrodynamic behaviour of flow pass hoistable masts in order to reduce the production of visible, electro-optic, infrared, radar cross section wake and hydroacoustics signatures. Using the unsteady incompressible Navier-Stokes equation as the governing equation, the large eddy simulation (LES) model is implemented to investigate the shedding of vortices, the flow pattern of turbulence, the unsteady pressure fluctuation and the time history of the lift coefficient and drag coefficient of hoistable masts with various mast shapes and various arrangements in this paper. Combining the FFT, combined time-frequency transform and wavelet power spectrum analysis, the characteristics of unsteady pressure can be obtained in both time and frequency domain. It shows that the main frequency of pressure fluctuation is near the frequency of vortex shedding in time domain using the FFT method. It can be inferred from the combined time-frequency transform that the unsteady pressure fluctuation has obviously the peak value and second peak value in time domain. It could indicate that the fluctuation power varies from the fluctuation frequency through the power spectrum analysis. By the data analysis, it shows that the vortex shedding is the dominant cause of the periodically pressure fluctuation. And the interaction pattern of wake and interplay between wake and the walls of masts under different arrangements are also discussed in this paper.     

基于全相位FFT的油套环空中声速计算方法

油套环空中会产生各种噪声,使测得的接箍反射信号非常复杂,环隙中真实的声速则很难计算准确,可通过对原始接箍数据进行傅里叶变换的方法对声速进行估计,但是存在不可忽视的误差。全相位傅里叶变换是傅里叶变换的一种改进方法,能够获得更加准确的频率谱与相位谱。文章采用全相位快速傅里叶变换（all-phase Fast Fourier Transform,apFFT）得到原始接箍信号的频谱,然后通过该频谱进一步计算环隙声速,可得到更加准确的声速估计。通过对不同信噪比下的模拟接箍信号采用快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform,FFT）和全相位快速傅里叶变换（apFFT）得到其频谱,可以验证apFFT具有很强的抑制频谱泄漏的能力,且抗噪性能比FFT更好。根据FFT谱和apFFT谱分别计算出声速并对比其精度,可以验证通过apFFT谱计算出的声速稳定性更好、精度更高。然后采用上述两种方法对不同深度井的实测接箍数据进行频谱分析与对比,验证了apFFT较之于FFT对谱峰位置的辨识能力更强,根据谱峰位置计算声速的准确性也将更高。     

爆破振动频谱特性实验研究

通过在基岩上测量爆破振动,并进行FFT变换和频谱分析,得到爆破振动频谱随距离的变化规律以及传播路径、炸药量,装药位置对爆破振动频谱的影响特征,为爆破工程安全设计和地震波动作用目标提供依据。     

利用射频信号解卷积估计组织和血流运动速度

基于射频信号解卷积,提出了一种无需MTI（Moving Target Indicator）滤波重建血流及组织运动速度的方法。对射频回波的采样序列进行快速傅里叶变换,在频域对相邻两次射频回波的频谱作解卷积处理,通过分析解卷后的数值序列得到组织和血流各自的运动速度。仿真实验对两组典型的时延参数的超声回波信号进行了血流和组织速度的估算,并与给定值比较,证明了方法的有效。该方法有助提高超声血流成像系统对低速血流的测量精度。     

Precise and fast phase wraps reduction in fringe projection profilometry

Phase wraps in a 2D wrapped phase map can be completely eliminated or greatly reduced by frequency shifting. But it usually cannot be optimally reduced using conventional fast Fourier transform (FFT) because the spectrum can be shifted only by a integer number in the frequency domain. In order to achieve a significant phase wrap reduction, we propose a fast and precise two-step method for phase wraps reduction in this paper, which is based on the iterative local discrete Fourier transform (DFT). Firstly, initial estimate of the frequency peak is obtained by FFT. Then sub-pixel spectral peak with high resolution is determined by iteratively upsampling the local DFT around the initial peak location. Finally, frequency shifting algorithm that operates in the spatial domain is used to eliminate phase wraps. Simulations and experiments are conducted to demonstrate the superb computing efficiency and overall performance of the proposed method.