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。     

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% 。     

频谱校正理论的发展

在分析国内外各种频谱校正方法优缺点的基础上 ,系统地评述三点卷积校正法、比值 (内插法 )校正法及相位校正法等若干理论发展及应用问题。目前频谱校正理论已经能准确地自动识别出离散频谱中的单频成分和间隔较远的多频率成分 ,并自动校正其频率、幅值和相位 ;对多频成分谱线干涉中的单频成分能自动判定 ,且能用参数识别法对两个密集频谱进行校正 ;对于密集频率成分信号 ,可用频谱细化的方法 ,将发生谱线干涉的各谱峰分离开 ,再进行识别和校正。在不采长样时 ,密集频率成分和连续谱的识别和校正技术将是主要研究方向。频谱校正理论在振动信号分析和故障诊断中具有广阔的工程应用前景     

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。     

频谱校正时谱线干涉的影响及判定方法

针对现代比例（内插）频谱校正法要求参与计算的两条谱线只包含单频率成分信号的特点，分析了包含有两个以上频率成分信号和负频率成分所产生的谱线干涉现象及由此带来的较大校正误差问题，推导并提出了离散频谱中谱干涉的相位和幅值综合判断方法以及校正的可信度，当可信度为１００％时，此离散谱峰为单频率成分，由此实现了单频率信号离散频谱的自动校正。仿真计算表明该方法简便易行、精度高     

离散频谱三点卷积幅值修正法的误差分析

在分析近年国内外各种频谱分析修正方法优缺点的基础上，对作者首先在１９９２年提出的离散频谱三点郑积幅值修正法，从理论上进行了误差分析，并指出了这种方法的优点是简便易行、运算速度快、精度高、不受频率有小波动的影响，同时也分析了其仅适用于大于５个频率分辨率的离散谱的局限性。     

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。     

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。     

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.     

低频成分的频谱校正

目前已经提出了多种频谱校正方法,但是将它们应用于低频成分时,其精度显著下降,这是由于模型忽略了实信号所包含的负频率的贡献.给出了一种考虑负频率贡献的显式校正新方法,它利用局部谱峰附近的3条谱线.采用351×180个仿真样本对提出的方法进行了考核.不同仿真样本所含低频成分的周期数(CiR)从1变化到8,步长为0.02;相位从0°变化到179°.步长为1°.考察了每个CiR的180个不同相位算例的最大误差.结果表明:1)就所考查的参数范围,校正频率的误差小于0.000 6△ω(△ω为快速傅立叶频率分辨率);2)幅值和相位误差上限不超过0.3%和0.3°;3)误差的大体趋势随CiR增加而下降,精度最高的条件仍然是整周期采样.     

三维功率谱阵及其应用

三维功率谱阵是应用越来越广泛的信号处理方法。快速高精度的FFT 和谱分析;准确而适用范围广的转速测量方法;高精度时钟系统和灵活方便.功能齐全的显示技术是其要解决的四个难点。本文从采用汇编语言、窗函数库和三角函数库、双段2048点实数一次完成FFT 运算、加校正因子和幅值修正等方面论述了提高软件实现FFT 和谱分析速度和精度的方法;首次提出了用计算机内部8253计数器进行精确测量时间的方法,并由此实现了适用范围广、误差小于1%的转速测量;采用的三维谱阵显示方法具有独特的光标显示功能。以上述方法为基础的三维功率谱,其性能指标达到了较高的水平。     

非平稳随机振动信号的瞬时功率谱分析

本文研究了非平稳随机振动信号的瞬时功率谱.首先评述了现有瞬时功率谱的优缺点,然后提出了一种新的瞬时功率谱,并证明了这种新型瞬时功率谱的主要性质,最后通过一个例子对两种瞬时功率谱进行了对比分析.     

离散频谱多点卷积幅值修正法的理论分析

利用信号处理中的帕塞伐原理得到两个有关离散频谱特性的重要结论，在此基础上提出了离散频谱多点卷积幅值修正法，并讨论了算法中的参数选取问题，仿真计算表明该方法确实有效。理论分析还表明该方法特别适合于转速有小波动的旋转机械振动信号分析。     

随机信号AR频谱模型的本质研究

本文对期望为准周期函数的随机信号AR频谱模型进行了深入研究,将AR模型从平稳随机信号扩展到非平稳随机信号,研究了该AR模型的基本原理,成立条件,模型参数求解等问题,并利用该模型对一实际随机信号进行了频谱分析。     

离散频谱的校正方法综述

回顾了近年来平稳信号处理领域中离散频谱校正的理论研究和发展现状。根据时域信号的组成结构不同,分为两个方面:一是包含单频率成分或者多个间隔较大的频率成分信号的频谱校正方法,另一方面是包含多个密集频率成分信号的频谱校正方法。综合论述了各种离散频谱校正方法的原理、特点及其在工程中的应用。最后还对利用高阶统计量进行谐波恢复和信号重构的频谱分析方法进行了阐述,并对离散频谱校正领域的发展前景进行了探讨和展望。     

DAS-1动态信号分析与故障诊断系统

DAS-1动态信号分析与故障诊断系统是我们在借鉴消化吸收引进技术的基础上,对1989年推出的“CDMS 信号处理、故障诊断及振动分析系统”做大规模改进而研制成功的新一代彩色汉化系统。本文着重介绍了系统的功能和设计思想;并且从彩色汉字显示和窗口技术,多通带带通数字滤波器的设计和实现,带数字抗混滤波的离线回放分析功能,提高软件FFT 和谱分析速度和精度的方法,高精度的时间和转速测量新技术,快速转速跟踪滤波方法,三维谱阵的光标显示技术和高速模态动画显示等八个方面论述了其技术特点。