自適應(yīng)高精度快速頻譜分析方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。本發(fā)明解決了現(xiàn)有頻譜分析方法誤差較大精度不佳的問題，提供了一種自適應(yīng)高精度快速頻譜分析方法，其技術(shù)方案可概括為：首先采集模擬信號(hào)，然后進(jìn)行預(yù)處理濾波，再進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到采樣數(shù)據(jù)，然后選取28個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT處理，得到初步的信號(hào)頻譜信息，再進(jìn)行峰值搜索，然后再對(duì)初步的信號(hào)頻譜信息進(jìn)行譜線混疊識(shí)別，若未混疊則對(duì)初步的信號(hào)頻譜信息進(jìn)行頻譜校正處理，得到信號(hào)的頻率、幅值及初相信息，若混疊則對(duì)初步的信號(hào)頻譜信息進(jìn)行復(fù)解析帶通濾波細(xì)化處理，再進(jìn)行頻譜校正處理，分別得到信號(hào)的頻率、幅值及初相信息。本發(fā)明的有益效果是，在保障計(jì)算精度的前提下，大幅度降低了計(jì)算量，適用于頻譜分析。
【專利說明】自適應(yīng)高精度快速頻譜分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，特別涉及數(shù)字信號(hào)的頻譜分析技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]信號(hào)的頻譜分析一直是數(shù)字信號(hào)處理的熱點(diǎn)之一，獲取信號(hào)的頻譜信息，是諸多領(lǐng)域的關(guān)鍵點(diǎn)所在。從1965年Cooely-Tukey在《計(jì)算數(shù)學(xué)》(Mathematics ofComputation)雜志上首次發(fā)表了 FFT (Fast Fourier Transform,快速傅里葉變換)算法，F(xiàn)FT和頻譜分析很快發(fā)展成為了機(jī)械設(shè)備故障診斷、電力系統(tǒng)、無線電通信和信息圖像處理等多種學(xué)科重要的理論基礎(chǔ)，是一種應(yīng)用極為廣泛的動(dòng)態(tài)信號(hào)處理方法。在FFT算法的基礎(chǔ)上，衍生出了很多處理方法，諸如ZoomFFT (Zoom-Fast Fourier Transform,變焦快速傅里葉變換)、MEM (Maximum Entropy Method,最大熵分析)等頻譜分析手段。
[0003]M0R0Z0V J A、Dong Hu1、譚思煒、溫和等人在理論上系統(tǒng)地分析了 FFT及改進(jìn)FFT在離散頻譜分析在頻率，幅值，初相均存在較大誤差，且對(duì)于頻率間距小于五個(gè)頻譜分辨率的頻譜分析存在嚴(yán)重譜線混疊問題。夏均忠、Liangkai Liu、Kui Wang>WANG K實(shí)現(xiàn)并且改進(jìn)了 ZoomFFT算法，雖然能解決密集頻譜分析存在的局部譜線混疊問題，但是處理結(jié)果在頻率，幅值，初相同樣存在較大誤差，并且無法處理頻率間距較大和頻率間距很小并存的頻譜分析問題。同樣Abhey Ram Bansa、柴山、王俊等人提出分析的MEM,在短序列處理上有很大優(yōu)勢(shì)，但是在精度方面仍有欠缺。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是要克服目前頻譜分析方法誤差較大精度不佳的缺點(diǎn)，提供一種自適應(yīng)高精度快速頻譜分析方法。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題，采用的技術(shù)方案是，自適應(yīng)高精度快速頻譜分析方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0006]步驟1、采集需處理的模擬信號(hào)；
[0007]步驟2、對(duì)采集的模擬信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理濾波；
[0008]步驟3、對(duì)預(yù)處理濾波后的模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到采樣數(shù)據(jù)；
[0009]步驟4、從采樣數(shù)據(jù)中選取28個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT處理，得到初步的信號(hào)頻譜信息；
[0010]步驟5、對(duì)初步的信號(hào)頻譜信息進(jìn)行峰值搜索，得到峰值；
[0011]步驟6、對(duì)初步的信號(hào)頻譜信息進(jìn)行譜線混疊識(shí)別，判斷譜線是否被混疊，若是則進(jìn)入步驟7，若不是則進(jìn)入步驟9 ;
[0012]步驟7、對(duì)初步的信號(hào)頻譜信息進(jìn)行復(fù)解析帶通濾波細(xì)化處理；
[0013]步驟8、對(duì)進(jìn)行了復(fù)解析帶通濾波細(xì)化處理的信號(hào)進(jìn)行頻譜校正處理，分別得到信號(hào)的頻率、幅值及初相彳目息；
[0014]步驟9、對(duì)初步的信號(hào)頻譜信息進(jìn)行頻譜校正處理，得到信號(hào)的頻率、幅值及初相信息。[0015]具體的，步驟5中，所述峰值處理搜索的方法為:設(shè)Y(n)為n點(diǎn)FFT處理后的譜線幅值序列，設(shè)第i條譜線對(duì)應(yīng)于峰值，則搜索公式為:Y(i)>Y(1-l)&Y(i)>Y(i+l)&Y(i)>A，其中，A為幅值處理精度要求，具體為大于0的常數(shù)。
[0016]進(jìn)一步的，步驟6中，所述譜線混疊識(shí)別的方法為:
[0017]步驟61、選擇靠近峰值的三條譜線；
[0018]步驟62、對(duì)該三條譜線分別進(jìn)行比值法校正，判斷校正結(jié)果是否相同，若相同則認(rèn)為無譜線混疊，進(jìn)入步驟9，若不相同則認(rèn)為譜線混疊，識(shí)別出譜線混疊的譜線號(hào)，進(jìn)入步驟7。[0019]再進(jìn)一步的，步驟62中，所述比值法校正是指:根據(jù)諧波信號(hào)加harming窗進(jìn)行離散頻譜校正的重心定理，若頻率不完全相同，則為發(fā)生譜線混疊，此時(shí)任意兩條譜線不完全重疊，則從代表頻率大小的軸的從左到右或者從右到左方向來進(jìn)行校正，校正結(jié)果不同，此時(shí)即為譜線發(fā)生混疊，識(shí)別出其譜線號(hào)，若校正結(jié)果相同，則無譜線混疊。
[0020]具體的，步驟7中，所述進(jìn)行復(fù)解析帶通濾波細(xì)化處理的方法為:
[0021]步驟71、根據(jù)識(shí)別出來的存在譜線混疊的譜線號(hào)，記為k，得到需要細(xì)化的頻現(xiàn)段，記為[f\，fh];
[0022]步驟72、針對(duì) D=128，得到細(xì)化方案為:[f\=(k-l) V f, fh=(k+l) Vf]，其中，
【權(quán)利要求】
1.自適應(yīng)高精度快速頻譜分析方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1、采集需處理的模擬信號(hào)； 步驟2、對(duì)采集的模擬信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理濾波； 步驟3、對(duì)預(yù)處理濾波后的模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到采樣數(shù)據(jù)； 步驟4、從采樣數(shù)據(jù)中選取28個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT處理，得到初步的信號(hào)頻譜信息； 步驟5、對(duì)初步的信號(hào)頻譜信息進(jìn)行峰值搜索，得到峰值； 步驟6、對(duì)初步的信號(hào)頻譜信息進(jìn)行譜線混疊識(shí)別，判斷譜線是否被混疊，若是則進(jìn)入步驟7，若不是則進(jìn)入步驟9; 步驟7、對(duì)初步的信號(hào)頻譜信息進(jìn)行復(fù)解析帶通濾波細(xì)化處理； 步驟8、對(duì)進(jìn)行了復(fù)解析帶通濾波細(xì)化處理的信號(hào)進(jìn)行頻譜校正處理，分別得到信號(hào)的頻率、幅值及初相信息； 步驟9、對(duì)初步的信號(hào)頻譜信息進(jìn)行頻譜校正處理，得到信號(hào)的頻率、幅值及初相信息。
2.如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)高精度快速頻譜分析方法，其特征在于，步驟5中，所述峰值處理搜索的方法為:設(shè)Y (n)為n點(diǎn)FFT處理后的譜線幅值序列，設(shè)第i條譜線對(duì)應(yīng)于峰值，則搜索公式為=Y⑴>Y (1-1) &Y (i) >Y (i+1) &Y (i) >A，其中，A為幅值處理精度要求，具體為大于O的常數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)高精度快速頻譜分析方法，其特征在于，步驟6中，所述譜線混疊識(shí)別的方法為: 步驟61、選擇靠近峰值的三條譜線； 步驟62、對(duì)該三條譜線分別進(jìn)行比值法校正，判斷校正結(jié)果是否相同，若相同則認(rèn)為無譜線混疊，進(jìn)入步驟9，若不相同則認(rèn)為譜線混疊，識(shí)別出譜線混疊的譜線號(hào)，進(jìn)入步驟7。
4.如權(quán)利要求3所述的自適應(yīng)高精度快速頻譜分析方法，其特征在于，步驟62中，所述比值法校正是指:根據(jù)諧波信號(hào)加harming窗進(jìn)行離散頻譜校正的重心定理，若頻率不完全相同，則為發(fā)生譜線混疊，此時(shí)任意兩條譜線不完全重疊，則從代表頻率大小的軸的從左到右或者從右到左方向來進(jìn)行校正，校正結(jié)果不同，此時(shí)即為譜線發(fā)生混疊，識(shí)別出其譜線號(hào)，若校正結(jié)果相同，則無譜線混疊。
5.如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)高精度快速頻譜分析方法，其特征在于，步驟7中，所述進(jìn)行復(fù)解析帶通濾波細(xì)化處理的方法為: 步驟71、根據(jù)識(shí)別出來的存在譜線混疊的譜線號(hào)，記為k，得到需要細(xì)化的頻現(xiàn)段，記為 Ef1，fh]; 步驟72、針對(duì)D=128，得到細(xì)化方案為Jf1=(Ic-1) Vf,fh=(k+1) Vf]，其中，
6.如權(quán)利要求5所述的集成擺率增強(qiáng)電路的低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于，步驟8中，所述頻譜校正處理包括如下步驟: 步驟81、設(shè)yk為某一主瓣內(nèi)的最大值，k為該最大值對(duì)應(yīng)的譜線號(hào)，Af1為最大離散采樣值的頻率和該主瓣對(duì)稱中心處頻率的差值，W1 ( Af1)為歸一化變量之后的窗函數(shù)幅值函數(shù)； 步驟82、采用頻率校正公式、幅值校正公式及相位校正公式進(jìn)行頻譜校正處理，所述頻率校正公式為:f0=(k-Af1) V f, 所述幅值校正公式為:
7.如權(quán)利要求1所述的集成擺率增強(qiáng)電路的低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于，步驟9中，所述頻譜校正處理包括如下步驟: 步驟91、設(shè)yk為某一主瓣內(nèi)的最大值，k為該最大值對(duì)應(yīng)的譜線號(hào)，Af1為最大離散采樣值的頻率和該主瓣對(duì)稱中心處頻率的差值，W1 ( Af1)為歸一化變量之后的窗函數(shù)幅值函數(shù)；步驟92、采用頻率校正公式、幅值校正公式及相位校正公式進(jìn)行頻譜校正處理，所述頻率校正公式為:f0=(k-Af1) V f, 所述幅值校正公式為:A， 所述相位校正公式為:0 = tan '。
【文檔編號(hào)】G01R23/167GK103454495SQ201310418656
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】劉霖, 倪光明, 陳偉, 唐雪松, 宋昀岑, 劉娟秀, 楊先明, 陳鎮(zhèn)龍, 羅穎 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)