指定頻率的信號分析方法
2023-09-13 17:45:55
專利名稱：指定頻率的信號分析方法
技術領域：
本發明屬於信號分析技術領域，具體涉及一種用於把信號分解為直流分量與指定頻率的多個交流分量，並獲得每個交流分量的正交分量和幅值的信號分析方法。
背景技術：
在工程中，經常需要把電壓、電流、聲音、振動等信號分解為直流分量與指定頻率的多個交流分量，計算直流分量的數值以及各個交流分量的幅值，例如電力系統的諧波與間諧波分析以及機械振動的振動分量分析等。為此，現有技術中已經提出了幾種信號分析方法，雖獲得較好效果，但還存在一些不足，例如基於遞推傅立葉變換的信號分析方法，需要保存一個完整周期內的全部採樣數據，並且需要計算正弦函數和餘弦函數；基於微分方程形式的針對連續時間信號的信號分析方法，不能直接應用於計算機系統中；採用一階無限衝激響應(IIR)算法的方法，軟體編程實現複雜，每次迭代的運行時間可能不相等，因而難以確定定時採樣周期的數值。
發明內容
本發明要的目的是提供一種能夠直接應用於計算機系統中、軟體編程實現簡單、並具有較高的精度和較快的收斂速度的信號分析方法。為了實現上述目的，本發明提供了一種指定頻率的信號分析方法，以T秒為採樣周期對被測信號進行定時採樣得到採樣數據；設定交流分量個數N的值，設定各個交流分量的頻率數值為依次遞增且均不大於2 π/T的正數ωι、ω2、…、ωΝ，通過迭代直接獲得直流分量Xe)，交流分量XpXy…、Xn和正交分量ZpZ2、…、zN,並計算估計幅值apa2、…、aN。作為優選，針對所述被測信號的每個採樣數據u[s]，按下述第一處理方案和第二處理方案中的一種執行，連續的兩個採樣數據分別執行不同的處理方案；其中正數μ O、μ !> μ 2>…、μ Ν均不大於2 π /T ；第一處理方案依次包括以下步驟SlOl :利用式⑴獲得直流分量增量Iitl [2]，令下標η分別取值為1，2，…，N，循環執行式(2)，獲得交流分量增量hn[2]和正交分量增量8 [2]；I ~ jS( ')(I)
\[2\ = μβ .e[2]
「00131 Α"[2]=μ'1'421+c°n iz +T'W)(2)
I a, [2]=-COn · (.Tn + T ■ / n[l])S102:利用式(3)獲得直流分量增量Iitl [3]，令下標n分別取值為1，2，…，N，循環執行式(4)，獲得交流分量增量hn[3]和正交分量增量8 [3]；
權利要求
1.一種指定頻率的信號分析方法，其特徵在於，以T秒為採樣周期對被測信號進行定時採樣得到採樣數據；設定交流分量個數N的值，設定各個交流分量的頻率數值為依次遞增且均不大於2 π/T的正數ωι、ω2、…、ωΝ，通過迭代直接獲得直流分量Χ(ι，交流分量Xl、Xg、···、和正早.Zi、Zg、···、並計算估計巾田值 &1、&2、···、&ν。
2.根據權利要求I所述的指定頻率的信號分析方法，其特徵在於，針對所述被測信號的每個採樣數據U [S]，按下述第一處理方案和第二處理方案中的一種執行，連續的兩個採樣數據分別執行不同的處理方案；其中正數μ(ι、μι、μ2、…、1^均不大於231/!'; 第一處理方案依次包括以下步驟5101:利用式(I)獲得直流分量增量Iitl[2]，令下標η分別取值為1，2，···，N，循環執行式(2)，獲得交流分量增量hn[2]和正交分量增量8 [2]； "N 4_2] = u[S]-^(xm+T-hm[l])(I)"JH=O、z Aof2I = -wO -42] J\[2] = " .e[2] + ft)K -(z +r.g [l])(2) 5102:利用式(3)獲得直流分量增量Iitl [3]，令下標η分別取值為1，2，…，N，循環執行式(4)，獲得交流分量增量hn[3]和正交分量增量8 [3]； Φ] = Φ']-Σ(.Τ, +Γ·Α, [2])(3)'OT=OV 1 A0[3] = /ve[3] Κ[3] = // ·φ] +.(z + r.g,,[2])(4) {&[3] = - ·(λ· +7·./ β[2])' 』 第二處理方案依次包括以下步驟 5201:利用式(5)獲得直流分量增量Iitl[4]，令下標η分別取值為1，2，···，N，循環執行式(6)，獲得交流分量增量hn[4]和正交分量增量8 [4]； .N 44] = w[s] - [ (Xm + IT ■ hm [3])(5) IOT=O . !4] = / '^4] IΛ [4] = μ ·44] + ω ■ {ζ + 2Τ · g [3])(6) |gn[4] = -ω . (λ- + IT · ； [3]) 5202:依據式(J)對直流分量X0進行迭代處理，令下標η分別取值為1，2，…，N,循環執行式(8)，先對交流分量Xn、正交分量Zn進行迭代處理，然後計算估計幅值an的值； c +—(^[4] + 2/%[3] + 2/^[2]+/^[1])(I)+1(Α [4] + 2Λ [3] + 2Λ [2] + Α [1]) τ(8) ■ W y(g [4] + 2g [3] + 2^,[2] + gM)K ) α =^Jxn2+ Z1,2 5203:依據迭代處理後的直流分量Xtl和交流分量Xl、X2>…、χΝ的值，利用式(9)獲得直流分量增量h [I]，令下標η分別取值為1，2，···，N，循環執行式(10)，
3.根據權利要求2所述的指定頻率的信號分析方法，其特徵在於，具體包括以下步驟 SI :設定參數Τ、Ν、ω2、…、ωΝ、μ ^ μ ^ μ 2、…、μ Ν的值，設定直流分量Xtl,交流分量Xi、X2、…、xN和正交分量Zp z2、…、初值； 32:設定直流分量增量11(|[1]，交流分量增量111[1]、112[1]、…、hN[l]和正交分量增量gi[l] > g2[l] > ...、gN[l]的初值，設定標誌字FLAG的初值為執行第一處理方案； 53:獲取所述採樣數據u[s]，依據標誌字的值執行第一處理方案或者第二處理方案，修改標誌字的值為執行另外一種處理方案； 54:返回步驟S3循環執行，直至迭代完成。
4.根據權利要求3所述的指定頻率的信號分析方法，其特徵在於，將步驟S2替換為設定直流分量增量％[1]、11(|[2]、11(|[3]，交流分量增量111[1]、111[2]、111[3]、112[1]、112[2]、h2[3]、…、hN[l]、hN[2]、hN[3]和正交分量增量 gjl] ^g1 [2] ^g1 [3]、g2[l]、g2[2]、g2[3]、…、gN[l]、gN[2]、gN[3]的初值，設定標誌字的初值為執行第二處理方案。
全文摘要
本發明公開了一種指定頻率的信號分析方法，以T秒為採樣周期對被測信號進行定時採樣得到採樣數據；設定交流分量個數N的值，設定各個交流分量的頻率數值為依次遞增且均不大於2π/T的正數ω1、ω2、…、ωN，通過迭代直接獲得直流分量x0，交流分量x1、x2、…、xN和正交分量z1、z2、…、zN，並計算估計幅值a1、a2、…、aN。本發明的指定頻率的信號分析方法由於採用迭代方法進行信號分析，便於利用計算機實現，消除了信號的直流分量對計算交流分量及其幅值的不良影響，拓寬了應用範圍。
文檔編號G01H17/00GK102967760SQ20121050640
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月30日 優先權日2012年11月30日
發明者儲昭碧, 李鑫, 陳梅, 馮小英 申請人:合肥工業大學