專利名稱：指定頻率的信號(hào)分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信號(hào)分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于把信號(hào)分解為直流分量與指定頻率的多個(gè)交流分量，并獲得每個(gè)交流分量的正交分量和幅值的信號(hào)分析方法。
背景技術(shù)：
在工程中，經(jīng)常需要把電壓、電流、聲音、振動(dòng)等信號(hào)分解為直流分量與指定頻率的多個(gè)交流分量，計(jì)算直流分量的數(shù)值以及各個(gè)交流分量的幅值，例如電力系統(tǒng)的諧波與間諧波分析以及機(jī)械振動(dòng)的振動(dòng)分量分析等。為此，現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)提出了幾種信號(hào)分析方法，雖獲得較好效果，但還存在一些不足，例如基于遞推傅里葉變換的信號(hào)分析方法，需要保存一個(gè)完整周期內(nèi)的全部采樣數(shù)據(jù)，并且需要計(jì)算正弦函數(shù)和余弦函數(shù)；基于微分方程形式的針對(duì)連續(xù)時(shí)間信號(hào)的信號(hào)分析方法，不能直接應(yīng)用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中；采用一階無限沖激響應(yīng)(IIR)算法的方法，軟件編程實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，每次迭代的運(yùn)行時(shí)間可能不相等，因而難以確定定時(shí)采樣周期的數(shù)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要的目的是提供一種能夠直接應(yīng)用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中、軟件編程實(shí)現(xiàn)簡單、并具有較高的精度和較快的收斂速度的信號(hào)分析方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種指定頻率的信號(hào)分析方法，以T秒為采樣周期對(duì)被測信號(hào)進(jìn)行定時(shí)采樣得到采樣數(shù)據(jù)；設(shè)定交流分量個(gè)數(shù)N的值，設(shè)定各個(gè)交流分量的頻率數(shù)值為依次遞增且均不大于2 π/T的正數(shù)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,并計(jì)算估計(jì)幅值apa2、…、aN。作為優(yōu)選，針對(duì)所述被測信號(hào)的每個(gè)采樣數(shù)據(jù)u[s]，按下述第一處理方案和第二處理方案中的一種執(zhí)行，連續(xù)的兩個(gè)采樣數(shù)據(jù)分別執(zhí)行不同的處理方案；其中正數(shù)μ O、μ !> μ 2>…、μ Ν均不大于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(biāo)η分別取值為1，2，…，N，循環(huán)執(zhí)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(biāo)n分別取值為1，2，…，N，循環(huán)執(zhí)行式(4)，獲得交流分量增量hn[3]和正交分量增量8 [3]；
權(quán)利要求
1.一種指定頻率的信號(hào)分析方法，其特征在于，以T秒為采樣周期對(duì)被測信號(hào)進(jìn)行定時(shí)采樣得到采樣數(shù)據(jù)；設(shè)定交流分量個(gè)數(shù)N的值，設(shè)定各個(gè)交流分量的頻率數(shù)值為依次遞增且均不大于2 π/T的正數(shù)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、···、并計(jì)算估計(jì)巾田值 &1、&2、···、&ν。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的指定頻率的信號(hào)分析方法，其特征在于，針對(duì)所述被測信號(hào)的每個(gè)采樣數(shù)據(jù)U [S]，按下述第一處理方案和第二處理方案中的一種執(zhí)行，連續(xù)的兩個(gè)采樣數(shù)據(jù)分別執(zhí)行不同的處理方案；其中正數(shù)μ(ι、μι、μ2、…、1^均不大于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(biāo)η分別取值為1，2，···，N，循環(huán)執(zhí)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(biāo)η分別取值為1，2，…，N，循環(huán)執(zhí)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(biāo)η分別取值為1，2，···，N，循環(huán)執(zhí)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(jù)式(J)對(duì)直流分量X0進(jìn)行迭代處理，令下標(biāo)η分別取值為1，2，…，N,循環(huán)執(zhí)行式(8)，先對(duì)交流分量Xn、正交分量Zn進(jìn)行迭代處理，然后計(jì)算估計(jì)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(jù)迭代處理后的直流分量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(biāo)η分別取值為1，2，···，N，循環(huán)執(zhí)行式(10)，
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的指定頻率的信號(hào)分析方法，其特征在于，具體包括以下步驟 SI :設(shè)定參數(shù)Τ、Ν、ω2、…、ωΝ、μ ^ μ ^ μ 2、…、μ Ν的值，設(shè)定直流分量Xtl,交流分量Xi、X2、…、xN和正交分量Zp z2、…、初值； 32:設(shè)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(shè)定標(biāo)志字FLAG的初值為執(zhí)行第一處理方案； 53:獲取所述采樣數(shù)據(jù)u[s]，依據(jù)標(biāo)志字的值執(zhí)行第一處理方案或者第二處理方案，修改標(biāo)志字的值為執(zhí)行另外一種處理方案； 54:返回步驟S3循環(huán)執(zhí)行，直至迭代完成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的指定頻率的信號(hào)分析方法，其特征在于，將步驟S2替換為設(shè)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(shè)定標(biāo)志字的初值為執(zhí)行第二處理方案。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種指定頻率的信號(hào)分析方法，以T秒為采樣周期對(duì)被測信號(hào)進(jìn)行定時(shí)采樣得到采樣數(shù)據(jù)；設(shè)定交流分量個(gè)數(shù)N的值，設(shè)定各個(gè)交流分量的頻率數(shù)值為依次遞增且均不大于2π/T的正數(shù)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，并計(jì)算估計(jì)幅值a1、a2、…、aN。本發(fā)明的指定頻率的信號(hào)分析方法由于采用迭代方法進(jìn)行信號(hào)分析，便于利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，消除了信號(hào)的直流分量對(duì)計(jì)算交流分量及其幅值的不良影響，拓寬了應(yīng)用范圍。
文檔編號(hào)G01H17/00GK102967760SQ20121050640
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者儲(chǔ)昭碧, 李鑫, 陳梅, 馮小英 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)