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EEMD和自相关函数峰态系数的轴承故障诊断方法

针对滚动轴承故障冲击信号周期性强且易被强烈的背景噪声所淹没的特点,提出了基于EEMD和自相关函数峰态系数的轴承故障诊断方法。首先,对采集到的复杂振动信号进行EEMD分解,根据自相关函数峰态系数和峭度准则重构IMF分量以突出故障特征信息;然后,利用谱峭度自动确定带通滤波器的最佳中心频率和带宽;最后,将滤波后的信号进行包络解调分析并与理论故障特征频率对比。通过轴承故障的仿真和实验研究,验证了该方法的有效性和可行性。     

基于双谱的正弦信号重构

双谱由于和傅里叶变换存在一定变换关系,也存在栅栏效应,这给基于双谱的频率估计带来误差。为克服该效应,提出了双谱幅值模平方重心法,该方法以双谱幅值谱线的局域重心作为频率的估计值。仿真结果表明该方法的估计性能良好,且复杂度相对简单、运算量较小、实时性较强。同时为充分利用采样数据,采用不同方式构造出两组数据,再对这两组数据分别做双谱分析并估计正弦信号的频率和初相,最后进行平均处理,从而降低了估计方差,改善了估计均值,提高了估计性能。     

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.     

用多项式模型和自适应滤波估计瞬时频率

本文论述了非平稳信号瞬时频率(IF)的估计方法,包括基干最小均方误差(LMS)算法或递推最小二乘(RLS)算法的自适应IF估计方法和基于信号相位多项式模型的IF估计方法。对各种估计方法的估计方差与理论方差下限进行了比较。说明了,基于互Wigner分布的估计方法所需信噪比(SNR)门限值最低。在低SNR、短信号记录的情况下,用多项式相位模型与最大似然法可以获得比较可靠的IF估计。     

频率稳定度的时域表征—阿仑方差

文章阐述了用阿仑方差来表征频率稳定度的重要原因。过去国内外采用标准方差来表征 ,但是随着科学研究的深入 ,发现频率源的随机起伏并不呈正态分布 ,因此用阿仑方差取代了标准方差来表征频率稳定度。阿仑方差在测频中被用来描述两次相邻频率差值的方差 ,理论上它在测量次数上要求是无限的 ,在相邻两次频率的测量是无间歇的 ,但在实际测量时是不可能做到的。只要我们满足一定的条件 ,取值合理 ,那么阿仑方差的测量结果就比较准确。尽管阿仑方差有许多优点 ,然而它也有一些缺点 ,文章对此也作了概述。     

管道自适应以声消声

权系数更新的基本算法有:最小均方(LMS)算法,归一化最小均方(NLMS)和混和式最小均方(HLMS)算法。文章给出了诸如:收敛条件、收敛时间常数、失调噪声方差以及有限精度运算对性能所产生的影响等。 有限精度运算除了会对输出增加一个附加噪声外,更由于相乘运算时的截尾或舍入会使权系数的迭代过早地停止,从而在某些情况下自适应滤波器无法继续向其最佳状态逼近。如果每隔多个采样周期才对权系数进行一次更新,就可以对权系数的增量进行累加。这种累加方法能有效地防止上述现象的产生。 当采样频率很高时,即便采用了高速数字信号处理单元(D…     

瞬时频率方差检测器的实际性能分析

瞬时频率方差检测器（VIFD）是一种以瞬时频率方差为检验统计量的窄带信号检测器,在水声信号检测中有广泛的应用。在应用中,信噪比、采样频率、自适应滤波器带宽,以及信号采样数据的正负不对称等因素均对VIFD的性能产生影响,很难把握该检测器的性能规律。通过分析和计算机仿真验证,明确了除信噪比外,采样频率、Notch滤波器带宽以及信号采样的偏移均会影响VIFD的输出方差幅度,后两者同时能够影响VIFD的抗通道串漏能力。总结了这些因素对VIFD性能影响的方式和规律,对于VIFD的最佳应用具有一定的指导意义。     

闪烁噪声的自动关函数及其表征

闪烁噪声是一种非平衡随机过程，其功率谱密度函数在频率低端（f=0)发散，无法直接利用Wiener-Khintchine关系得到它的自相关函数，本文采用“降价－积分”方法，得到了频率源中闪烁调频噪声的自相关函数的解析表达式，根据这一结果，分析了频率稳定度的表征原理，指出了频率稳定度表征的实质是将非平稳过程转化为平衡过程并求取时间平均，最后，通过时域分析得到了闪烁噪声的Allan方差表达式。     

基于系统聚类法的空调钣金振动信号的分类方法

为解决静音家电振动检测存在的问题对稳定运行于一个特定工作状态的空调外机外壳的钣金结构进行多点的振动信号采集,提取采集所得的时域波形的均方值及峭度特征,并选取两个包含不同频率成分且具有典型分类特征的振动信号进行傅里叶变换,将所得的两个频域数据分别与其他点的振动信号的频域数据进行相关系数计算.再将所得的相关系数与均方值和峭度作为分析的指标,利用系统聚类法对振动信号进行分类.实验结果表明:该聚类方法对振动信号的分类有着明显的效果,能较好地解决传统的家电振动检测方法所存在的问题.     

时间-小波能量谱在滚动轴承故障诊断中的应用

为滚动轴承故障诊断提供了一种新途径，针对滚动轴承故障振动信号的特点，构造脉冲响应小波，采用连续小波变换的方法来提取滚动轴承故障振动信号的特征，在此基础上提出了一种滚动轴承故障诊断方法：时间-小波能量谱自相关分析法。通过对滚动轴承具有外圈缺陷、内圈缺陷的情况下振动信号的分析，说明时间-小波能量谱自相关分析法不仅能检测到滚动轴承故障的存在，而且能有效地识别滚动轴承的故障模式。     

A Simple Method for Design of Adaptive Filters for Sinusoidal Signals

Filtering of input signals in algorithms for measurement of power system electrical parameters is very important. Filters are used to minimize the noise effect and eliminate the presence of higher order harmonics. In addition to that, a number of measurement algorithms apply orthogonal signal components obtained by two orthogonal finite-impulse response filters. The frequency response of the filters must have nulls at the higher order harmonic frequencies that are expected to be present in the signal and must have a unity gain at the main harmonic frequency. In the case of a time-varying frequency, the filter parameters have to be adapted during frequency estimation. In this paper, a simple method for online design of digital filters for sinusoidal signals is proposed. It is based on closed-form solutions for calculating filter coefficients. A simple linear algorithm for frequency estimation was used, and a derived algorithm for online adaptation of the filter coefficients is computationally very efficient. The number of subsections in the cascade and data window lengths can also be changed, depending on the frequency variations during measurement.      

基于滑动峰态算法的信号弱冲击特征提取及应用

机械故障振动信号中往往含有故障引起的弱冲击成分,冲击信号具有显著的非高斯特性,而零时滞四阶累积量即峰态能够描述信号偏离高斯分布的程度;基于峰态这一特性,本文提取一种基于滑动峰态算法的弱冲击特征提取方法,首先对原信号进行滑动峰态计算,获得一个新的峰态时间序列,然后对该峰态时间序列进行傅立叶变换,提取出信号中冲击成分的频率特征。通过强背景信号及噪声环境下弱冲击特征提取的仿真研究,证明了该方法具有很好的冲击特征提取能力。以实测齿轮断齿信号分析结果证明了该方法的有效性。     

A fast-pulse oscilloscope calibration system

A system is described for calibrating high-bandwidth oscilloscopes using pulse signals. The fast-pulse oscilloscope calibration system (FPOCS) is to be used to determine the step response parameters for digitizing oscilloscopes having bandwidths of ~20 GHz. The system can provide measurement traceability to standards maintained at the U.S. National Institute of Standards and Technology (NIST). It comprises fast electrical step generation hardware, a personal computer (PC) and software, and a reference waveform, i.e., a data file containing an estimate of the step generator output signal. The reference waveform is produced by prior measurement by NIST of the step generator output signal (calibration step signal). When the FPOCS is in use, the calibration step signal is applied to the device under test, which is an oscilloscope sampling channel. The measured step waveform is corrected for timebase errors, then the reference waveform is deconvolved from it. The results are impulse, step, and frequency response estimates, and their associated parameters (e.g., transition duration, transition amplitude, -3 dB bandwidth) and uncertainties. The system and its components are described, and preliminary test results are presented     

基于信号匹配追踪的模态参数提取

传统的的设备模态参数提取多是建立在频谱计算的基础上,提取精度受采样频率和时域截断产生的能量泄漏的影响较大。为此,提出了一种基于信号匹配追踪的模态参数提取方法,该方法将Laplace小波作为信号匹配追踪的基元函数;同时引入粒子群算法来实现Laplace小波的参数寻优,克服了传统算法计算复杂的缺点。仿真和实际应用表明,该方法可有效地提取设备的模态参数;且比传统的半功率带宽法具有更高的精度。     

Laplace小波相关滤波法与冲击响应提取

冲击响应信号的出现标志着机械设备发生松动，碰撞，冲击等故障。在复杂的振动信号中准确提取出冲击响应信息在机械故障诊断中具有重要的意义，介绍了用来识别冲击响应信号的Lapalce小波相关滤波法，通过对含有噪声的模拟冲击响应信号的识别，证明该方法能够在强大噪声干扰中准确捕捉到冲击响应信号。工程应用结果表明，相关滤波法可以从复杂的内燃机缸盖振动信号中准确定位进气阀关闭时冲击发生的时刻及频率，从而成功地诊断出因进气阀磨损而导致的漏气故障。     

汽车车门关闭声声品质客观评价

目前汽车声品质的研究多针对稳态声,非稳态声声品质评价方法欠缺,且噪声信号处理多采用FFT等传统方法,未充分考虑其非稳态特性。汽车车门关闭声为一种瞬态的非稳态噪声,关门声声品质的好坏常常能反映出整车的品质。以多款汽车关门声为研究对象,采用常用的声品质评价参数对其进行声品质分析。另外,采用小波变换方法,对关门声声信号进行时频分析,并对多款车的车门关闭声进行声品质评价,提出仅仅用响度、尖锐度等传统评价参量并不能很好反映非稳态噪声声品质特性,而通过时频分析则能对其进行很好的补充,但评价参量的确定还有待进一步研究,最后,提出下一步的研究方向和内容。     

采用小波变换实现振动信号数据野点的剔除

在履带车辆振动信号数据处理中,野点的存在会产生虚假的谐频成分。利用小波变换将振动信号分解为近似分量和细节分量,利用莱特准则对细节分量进行野值判别,然后用加权系数法计算新的值替代含野值的细节分量,重构信号。试验数据处理结果表明,该方法能最大保留有用信号信息,实现野值剔除。     

Determining Frequency and Impulse Response Using Asymmetrical Pulses

A method is presented and analyzed for determining the impulse response and frequency response of a system using an asymmetrical stimulus signal. The considered signal is a pulse with a rapid first transition, followed by a nearly constant region, and then followed by a second transition that is much slower than the first. The advantage of such a signal is that unlike a symmetric pulse, its Fourier transform has no zeros. This allows one to divide by the Fourier transform in the data analysis. It is shown that such a pulse retains the advantages of using an impulse or steplike stimulus. Error estimates similar to those previously published for impulse and steplike stimuli are given for the asymmetric stimulus     

基于Teager能量算子的滚动轴承故障诊断研究

周期性冲击是判断滚动轴承局部损伤故障的关键特征,如何提取周期性冲击及其重复频率是轴承故障诊断中的关键问题。Teager能量算子能够估计产生信号所需的总机械能,对信号的瞬态变化具有良好的时间分辨率和自适应能力,在检测信号冲击特征方面具有独特优势。为了提取滚动轴承故障的特征频率,针对滚动轴承故障振动信号中的瞬态冲击特点,提出了基于Teager能量算子的频谱分析方法,利用Teager能量算子提取轴承故障引起的周期性冲击,通过瞬时Teager能量的Fourier频谱识别轴承的故障特征频率。分析了滚动轴承故障仿真信号和实验测试信号,并和包络谱方法进行了对比分析,准确诊断了滚动轴承元件故障,验证了该方法的有效性