基于欠采样的频率测量方法

奈奎斯特采样定理限制采样率必须大于输入信号频率的2倍以上,因而对高频信号进行精密测量需要花费昂贵成本来得到适合的高采样率,本文提出一种欠采样的频率测量算法,也就是用不符合采样定律的特定低采样率对高频信号进行采集,采用互相关算法对采集所得的数据进行处理,最终实现了对高频信号的精密测量。试验结果得出:应用该算法采样能得到较逼真的波形,对于5MHz以上的高频信号,频率信息仍能精准的保留。运用该方法测量10MHz的信号,频率测量精度可达10?12量级。     

汽轮机试验欠采样信号的处理方法研究

在汽轮机数字电液控制（DEH）系统试验的信号采集过程中,可能会碰到信号主要成分的频率过高,仪器无法满足奈奎斯特采样定律的情况。针对这一问题,通过希尔伯特变换构造解析信号的方法得到了信号的包络图,并根据包络信号对阀门的关闭时间进行了计算。考虑到基于信号包络线的计算方法计算精度受峰值点的时间间隔影响,为了提高计算精度,对欠采样信号进行了重构,通过快速傅里叶变换（FFT）对信号的主频率进行了分析,根据频域周期性延拓的性质确定了信号的主频率。在此基础上,根据信号初始值计算出了信号的初始相位,结合信号频率与初始相位对欠采样信号进行了重构。根据重构信号与实际信号差值,应用赤池信息（AIC）准则获取极值点的方法对阀门关闭时间进行了计算。比较2种方法的结果可知,通过信号重构的方法计算精度明显优于希尔波特变换求包络法,该研究结果可用于各类单频率成分的欠采样信号的重构,可以弥补DEH试验中硬件无法满足采样定理的不足。     

基于深度学习的压缩感知重构及其应用现状与展望*

经典的奈奎斯特采样定理要求采样频率大于两倍信号最大频率,才能重构出原始信号,但是当信号具有稀疏性时,压缩感知方法可突破奈奎斯特采样定理的限制,大大降低采样频率,显著提高数据采集和分析的效率。近年来,压缩感知作为一种全新的稀疏信号处理框架,已广泛使用于图像重建、稀疏信号重构等领域。随着深度学习技术的快速发展,将各种深度神经网络用于压缩感知领域中,既能提高重构的精度,又能减少重构的时间。通过对公开文献进行广泛调研,介绍了压缩感知重构的基本概念,梳理了常用的压缩感知算法,归纳了深度压缩感知的主要应用领域。最后探讨了当前仍面临的问题及未来的发展趋势。     

基于复解析带通滤波器的固有频率自适应提取原理和方法

超高压线路故障时产生的周期性暂态高频分量,在频域上表现为一系列固有频率的形式,该频率随故障点位置、系统运行方式和过渡电阻变化而变化.针对传统快速傅里叶(FFT)算法,在采样频率较高的情况下,频率分辨率不足,无法准确识别固有频率的问题,提出了一种基于复解析带通滤波器的固有频率自适应提取方法,首先对故障后的电流进行FFT分析,确定固有频率的大致范围,然后设计复解析带通滤波器对原信号重新下采样、滤波,经移频得到新信号,对其进行FFT谱分析,得到固有频率的准确值.利用PSCAD对一500kV输电系统进行了仿真验证,仿真结果表明,该方法能够有效提高频率分辨率,可以准确提取固有频率值.     

短时电能质量信号压缩采样方法的研究

根据压缩传感(Compressed Sensing,CS)理论,首次提出了短时电能质量扰动信号的压缩采样方法,该方法突破了奈奎斯特采样频率的限制,实现了低于奈奎斯特采样频率的低速率采样。文中对比分析了CS理论与传统采样理论,研究了CS短时电能质量信号压缩采样的实现方法,包括:测量矩阵的构建、稀疏基的选取和电能质量信号快速贝叶斯匹配追踪重构算法(FBMP)。文中针对6种短时电能质量信号进行了仿真实验,给出了不同压缩采样比的条件下,该压缩采样方法所能达到的性能指标,结果标明本文提出的方法正确有效。     

基于欠采样的单音周期信号幅频测量方法实现

信号的幅度和频率可利用采样与分析的方法获得。然而根据奈奎斯特采样定理,过采样的方法受采样率的限制,难以采集高频信号。为利用较低的采样率获得信号的幅度和频率,设计了一种基于欠采样的单音周期信号幅频测量方法。以自研数据采集卡为欠采样硬件平台,采用快速傅里叶变换和曲线拟合等技术,利用100 MSa/s的采样率,实现信号100~150 MHz带宽内单音周期信号的幅频测量。测试结果表明,该方法具有较高的精度。另外,本方法无需恢复原始信号,硬件实现简单,软件计算量小,尤其适合测量窄带内单音周期信号的幅度和频率。     

电力系统工频量测伪振荡现象的判别方法

由电力电子开关组成的换流器在换流及控制过程中会产生大量谐波和间谐波,在特定条件下会导致工频测量结果出现振荡现象。针对这一问题,该文给出了电力系统工频量测结果出现振荡时,判别该振荡是由于量测原因导致的伪振荡还是真实的电气振荡的方法。文中指出,电网频率偏离额定频率,且采样频率不满足采样定理时,电气信号中,频率高于奈奎斯特频率的高次谐波在采样信号中会映射为频率低于奈奎斯特频率的间谐波,这一间谐波的频率与其对应的高频谐波的真实频率关于奈奎斯特频率对称。在特定条件下,这一间谐波的频率会接近基波频率,从而导致基波幅值测量结果出现伪振荡。针对直流换流站,该文给出了交流采样频率与换流站特征谐波的配合原则。仿真算例和实际算例都验证了该文的分析结论。     

窄带信号采样频率的选取研究

本文在文献（１），（２）的基础上，解决了窄带信号最高频率与带宽之比不为整数时采样的选取问题并讨论了由带通滤波器形成的窄带领事采样频率的选取方法。     

高精度频谱分析系统的设计与仿真

以电力信号为例，用仿真方法分析了影响系统精度的三种因素，即抗混叠滤波器的阶数与带宽、采样频率的高低以及补偿抗混叠滤波器的带内失真的数字滤波的参数。指出宽带低通、过采样、数字滤波方法可以实现高精度频谱分析。     

精密频谱分析系统的设计与实现

以非正弦周期信号为例，对常用频谱分析方法进行了仿真，分析了混叠失真，频谱泄漏及抗混叠滤波器对谐波幅度与相位的影响。指出了在分析精度一定的情况下，滤波器的阶数，截止频率及采样频率之间的相互制约，这三者中当某一项确定后，根据误差公式可以合理的设计另外两项，结合具体情况就可得到低通滤波器与采样频率的最佳组合，通过定量计算各种因素引入的误差，提出了一种精密的频谱分析方法：即用宽带低通进行抗混叠滤波，根据基波频率调整采样速率以及用过采样来减小混叠失真。     

电力信号同步采样算法

在运用离散傅里叶变换(DFT)做信号的谐波分析中,信号采样的同步有着重要地位。文中运用软件无线电中精细频率估计的方法估计离散电力信号的频率,在得到信号频率的基础上让信号与Farrow滤波器进行卷积运算即可实现采样速率转换。同时把Farrow滤波器系数保存成表格形式,在采样速率转换中直接查表得到系数进行运算,在保证信号采样率转换效果不降低的同时,简化了计算量。仿真分析和实践验证了这个算法的可行性和有效性,该算法可以应用于各种电力配电系统装置的前端处理中的电力信号的同步采样。     

高频差分采样技术在CCD信号处理中的实现

现在CCD相机已经在很多领域取得了广泛地应用,针对高频CCD模拟视频信号保持时间较短,采样信号速率不高等问题,提出了一种高精度可调、高频差分采样技术。首先,详细阐述了高频模拟视频信号的特性及信号处理中的难点;其次,分析了传统CCD信号处理方法中采样速率不高的原因,在模拟视频输入和采样方式等方面提出了新的改进方法;然后,给出了高精度可调与高频差分采样方法的具体实施,并进行了测试验证;最后,提出了CCD信号处理相关的噪声抑制方法,并对CCD的信噪比性能进行了细致的测试。实验结果表明：改进的CCD信号处理方法使最大采样速率达到80Msps,比传统方法提高了1倍,最小采样精度可以达到0.5ns,而且在最到采样速率下测得的信噪比仍可以达到41.2dB,经过改进的高精度可调与高频差分采样技术提高了CCD图像信噪比,完全满足高频CCD信号处理的应用需求。     

An advanced method for eliminating impacts from frequency deviations in power system signal processing

Frequency deviation is a common problem for power system signal processing. Many power system measurements are carried out in a fixed sampling rate assuming the system operates in its nominal frequency (50 or 60 Hz). However, the actual frequency may deviate from the normal value from time to time due to various reasons such as disturbances and subsequent system transients. Measurement of signals based on a fixed sampling rate may introduce errors under such situations. In order to achieve high precision signal measurement appropriate algorithms need to be employed to reduce the impact from frequency deviation in the power system data acquisition process. This paper proposes an advanced algorithm to enhance Fourier transform for power system signal processing. The algorithm is able to effectively correct frequency deviation under fixed sampling rate. Accurate measurement of power system signals is essential for the secure and reliable operation of power systems. The algorithm is readily applicable to such occasions where signal processing is affected by frequency deviation. Both mathematical proof and numerical simulation are given in this paper to illustrate robustness and effectiveness of the proposed algorithm.     

低频采样下基于卡尔曼滤波的同步相量测量算法的研究

各种基于定间隔采样的传统相量测量算法在跟踪速度和测量精度上不能很好地统一,在低频采样情况(每周波4~8个采样点)下提出一种基于线性卡尔曼滤波技术的10状态卡尔曼滤波模型,用于实时跟踪电力系统的电压有效值、频率、频率变化率和初相角,为系统提供精确的参数。结合二元泰勒展开公式,推导出各个参数的计算公式,并依据信号模型选取合适的时间区间保证算法对突变信号的响应速度。从采样频率、数据窗持续时间和算法对突变信号的跟踪精度方面对算法进行了讨论,结果表明使用该算法可以在低频采样下获得较高的参数估计精度。     

非均匀采样和最小二乘法在间谐波检测中的应用

间谐波的频率是基波频率的非整数倍,并且幅值一般远小于基波和谐波的幅值,这些特点决定了对它的检测难于对谐波的检测。该文提出一种基于非均匀采样和最小二乘法的间谐波检测方法。非均匀采样由于其不受采样频率限制、频率分辨率高及抗混叠的优点,能在短数据长度下准确地检测出信号中相近的频率成分,并实现低采样频率下的高阶谐波测量。最小二乘法则可解决由于非均匀采样带来的频谱噪声问题,逐次消除检测出的大幅值信号,从而检测出幅值较小的间谐波信号,并准确估计出间谐波的幅值和相位。仿真实验表明：该方法可准确地检测出频率与基频相近,幅值远小于基波的多个间谐波,及实现低采样频率下的高阶谐波测量     

多采样率信号处理在数字化变电站差动保护中的应用

数字化变电站中,差动保护各分支电子式电流互感器(ECT)的采样频率不完全相同时,需要将原各分支ECT的输出数据转换为同一采样频率.文中研究了多采样率信号处理算法和采样数据频率转换对差动保护差电流的影响,通过将信号的抽取和插值环节级联,可以实现任意分数倍采样频率转换.采用基于切比雪夫逼近原理的等波纹设计方法进行低通滤波器设计,与多采样率信号处理算法配合使用,减小了频率混叠造成的误差,从而在ECT应用环境下,将任意不同采样频率的分支电流统一到相同的采样基准下,实现了测量环节与智能电子设备的无缝连接.仿真试验验证了所提出方法的可行性和有效性.     

基于压缩感知技术的电磁脉冲信号测量方法

电磁脉冲信号的详细衍变过程,特别是其陡峭前沿的变化信息,有助于深入理解电磁脉冲信号产生及传播过程,它对于我国国防和自然科学的发展都有着极其重要的科学和实践意义。本文提出一种基于三路并行低速模数转换器(TPL)的模拟信号压缩感知技术,通过对传感器输出的电磁脉冲信号进行欠采样(信号的采样频率低于奈奎斯特采样定理的要求),得到并恢复被测电磁脉冲信号的高速采集波形。基于TPL压缩感知技术的应用,可以降低被测电磁脉冲信号陡峭前沿对后端电子ADC采样速率的要求。本文针对TPL实现过程中稀疏字典、观测矩阵的建立方法,以及信号的重构方法进行了深入地研究,创新性地提出基于KSVD的原子数自适应字典构建方法。在此基础上,通过仿真和实验测试了TPL系统对电磁脉冲信号的压缩感知采集效果,以此验证了该方法的可行性。     

用于高速脉冲回波采集等效采样模块

文中介绍用于高速脉冲回波采集的等效采样模块.该模块采用顺序等效采样法,可以将高速宽带信号变换成低频信号.它的最高等效采样率达20Gsps.经实用证明该模块的使用灵活,性能稳定,抗干扰性强.