基于數(shù)據(jù)延拓和Hilbert變換的相位差測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及信號(hào)處理領(lǐng)域，特別是相位差的測(cè)量方法。本發(fā)明的適用對(duì)象為同頻正弦信號(hào)的相位差測(cè)量，包括以下步驟：首先，對(duì)兩路同頻正弦信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)延拓，使數(shù)據(jù)延拓后的信號(hào)(數(shù)據(jù)延拓信號(hào))成為整周期采樣信號(hào)；其次，對(duì)數(shù)據(jù)延拓信號(hào)進(jìn)行Hilbert變換，獲得解析信號(hào)；然后，計(jì)算解析信號(hào)的互相關(guān)和自相關(guān)，分別得到互相關(guān)信號(hào)和自相關(guān)信號(hào)；最后，對(duì)互相關(guān)信號(hào)和自相關(guān)信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算得到互相關(guān)函數(shù)，利用互相關(guān)函數(shù)相位的加權(quán)平均獲得相位差估計(jì)值。本發(fā)明涉及的同頻正弦信號(hào)相位差測(cè)量方法能夠充分運(yùn)用同頻正弦信號(hào)的信息，提高相位差測(cè)量精度，改善相位差測(cè)量的抗噪性能。
【專利說(shuō)明】基于數(shù)據(jù)延拓和HiIbert變換的相位差測(cè)量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及信號(hào)處理領(lǐng)域，特別是相位差的測(cè)量方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 正弦信號(hào)的相位差測(cè)量廣泛應(yīng)用于戰(zhàn)場(chǎng)檢測(cè)、設(shè)備故障診斷、雷達(dá)、工業(yè)測(cè)量等領(lǐng) 域。例如，科里奧利質(zhì)量流量計(jì)就是通過(guò)測(cè)量?jī)陕氛倚盘?hào)之間的相位差獲得流體的質(zhì)量 流量；發(fā)電機(jī)出廠試驗(yàn)需要檢測(cè)發(fā)電機(jī)三相輸出電壓的相位差，對(duì)相位差的精確測(cè)量有很 高的要求，所以正弦信號(hào)相位差測(cè)量方法具有重要的研宄意義和應(yīng)用價(jià)值。
[0003] 近年來(lái)涌現(xiàn)出了多種相位差測(cè)量方法，主要有：過(guò)零檢測(cè)法、相關(guān)法、希爾伯特變 換法、離散時(shí)間傅里葉變換法等。
[0004] (1)過(guò)零檢測(cè)法（參考文獻(xiàn)[1]:任海東，尹文慶，胡飛·基于LabVIEW的三種相位 差測(cè)量法的對(duì)比分析[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2010,1 :263-268.):該方法通過(guò)計(jì)算兩路正弦 信號(hào)過(guò)零時(shí)刻的時(shí)間差，將時(shí)間差轉(zhuǎn)換為相位差。該方法計(jì)算量小，測(cè)量速度快，但抗噪能 力較差。
[0005] (2)相關(guān)法（參考文獻(xiàn)[2]:沈廷鰲，涂亞慶，李明，張海濤.基于相關(guān)原理的相位 差測(cè)量改進(jìn)算法及應(yīng)用[J].振動(dòng)與沖擊，2014,33(21) :177-182.):該方法通過(guò)兩路正弦 信號(hào)的互相關(guān)和自相關(guān)獲得信號(hào)的相位差。該方法無(wú)需預(yù)知信號(hào)的頻率即可獲得兩路信號(hào) 的相位差，但是其抗噪能力較差，且信號(hào)為非整周期采樣時(shí)誤差較大。
[0006] (3)希爾伯特變換法（參考文獻(xiàn)[3]:劉維來(lái)，趙璐，王克逸，馮志華，龍潛.基于希 爾伯特變換的科式流量計(jì)信號(hào)處理[J].計(jì)量學(xué)報(bào)，2013, 34(5) :446-451.):該方法通過(guò)對(duì) 兩路正弦信號(hào)進(jìn)行Hilbert變換，得到解析信號(hào)，通過(guò)解析信號(hào)的互相關(guān)獲得信號(hào)的相位 差。該方法原理簡(jiǎn)單，但是信號(hào)非整周期采樣時(shí)會(huì)出現(xiàn)端點(diǎn)效應(yīng)，導(dǎo)致相位差誤差較大，并 且僅采用零序號(hào)互相關(guān)值，抗噪性能還有待提高。
[0007] (4)離散時(shí)間傅里葉變換法（參考文獻(xiàn)[4]:張海濤，涂亞慶.基于DTFT的一種低 頻振動(dòng)信號(hào)相位差測(cè)量新方法[J].振動(dòng)工程學(xué)報(bào)，2007,20(2) :180-184.):該方法通過(guò)分 別計(jì)算兩路信號(hào)在信號(hào)頻率出的DTFT，求出其相位，相減之后得到兩路信號(hào)的相位差。該方 法是一種計(jì)及負(fù)頻率影響的相位差測(cè)量方法，特別適用于頻率很低或接近奈奎斯特頻率的 振動(dòng)信號(hào)的相位差測(cè)量，具有較高的相位差測(cè)量精度，但需要預(yù)先估計(jì)出信號(hào)的頻率。
[0008] 綜上所述，正弦信號(hào)的相位差測(cè)量方法具有重要研宄意義和應(yīng)用價(jià)值，但現(xiàn)有方 法存在測(cè)量精度不高、抗噪能力較差等問(wèn)題，需要提出一種測(cè)量精度高、抗噪能力強(qiáng)的相位 差測(cè)量方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是提出一種基于數(shù)據(jù)延拓和Hilbert變換的相位差測(cè)量方法，適用 于同頻正弦信號(hào)的相位差測(cè)量，提高相位差測(cè)量精度，改善相位差測(cè)量的抗噪性能。
[0010] 本發(fā)明提出一種基于數(shù)據(jù)延拓和Hilbert變換的相位差測(cè)量方法。
[0011] 本發(fā)明的基本思想：
[0012] 首先，對(duì)兩路同頻正弦信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)延拓，使數(shù)據(jù)延拓后的信號(hào)（數(shù)據(jù)延拓信號(hào)） 成為整周期采樣信號(hào)；其次，對(duì)數(shù)據(jù)延拓信號(hào)進(jìn)行Hilbert變換，獲得解析信號(hào)；然后，計(jì)算 解析信號(hào)的互相關(guān)和自相關(guān)，分別得到互相關(guān)信號(hào)和自相關(guān)信號(hào)；最后，對(duì)互相關(guān)信號(hào)和自 相關(guān)信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算得到互相關(guān)函數(shù)，利用互相關(guān)函數(shù)相位的加權(quán)平均獲得相位差估 計(jì)值。
[0013] 設(shè)有兩路同頻正弦信號(hào)為：
[0014]

【權(quán)利要求】
1. 一種同頻正弦信號(hào)的相位差測(cè)量方法，其特征在于：適用對(duì)象為同頻正弦信號(hào)的相 位差測(cè)量。 該方法包括以下步驟：
【文檔編號(hào)】G01R25/00GK104483549SQ201410790446
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月13日
【發(fā)明者】涂亞慶, 沈艷林, 沈廷鰲, 張海濤 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍后勤工程學(xué)院