[发明专利]动态正弦畸变信号中频率分量的提取方法及其实现装置

说明书

技术领域

本发明涉及动态信号测试与分析领域，具体是一种动态正弦畸变信号中频率分量的提取方法及其实现装置。 

背景技术

正弦信号是频率成分最为单一的一种信号，广泛应用于通信、电力传输、工业自动控制、超声波探伤等领域。但是在实际系统中，受噪声、传输阻抗等影响，正弦信号往往存在着一定程度的畸变。以电力系统为例，随着电力系统中各种类型的非线性负荷(大功率整流设备、换流设备、电弧炉、电气化铁道以及家用电器等)的不断增加，电力系统中电压、电流正弦波形畸变现象日趋严重。因此，动态正弦畸变信号中频率分量的准确提取是急需解决的关键难题。 

正弦畸变信号中频率分量提取方法从早期的模拟滤波器检测方法，逐步转向以数字信号处理技术为基础的数字分析方法，如FFT、小波变换、人工神经网络、支持向量机等。基于FFT的方法因其实现简单而颇受青睐，但其在动态正弦畸变信号的频率分量提取中难以应用，其主要原因如下：1）畸变发生时，正弦基波频率往往存在波动，严格的同步采样难以实现，非同步采样所引起的频谱泄漏和栅栏效应大大降低了分析精度；2）采用FFT方法时，为简化数学推理，往往忽略了各频率分量间的相互干扰，特别在白噪声存在情况下，动态正弦畸变信号的频谱泄漏模型更加复杂。而上述难题至今仍未有理想成熟的解决方案。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种动态正弦畸变信号中频率分量的提取方法及其实现装置，抑制正弦畸变信号进行傅里叶变换时所产生的频谱泄漏，从而提高动态正弦畸变信号中频率分量提取的准确度。 

为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为：利用三角Hanning时域卷积窗对离散化的正弦畸变信号进行加权，对加权以后的信号做离散傅里叶变换得到离散频谱，找到离散频谱中的幅度值为最大、次大和第3的谱线，利用所找到的3根峰值谱线计算峰值谱线左右两侧的泄漏权值，利用泄漏权值的算术平均计算频率分量偏移值，实现频谱泄漏的对消抑制，从而准确提取正弦畸变信号中频率分量的频率和幅值，具体包括以下步骤： 

a. 确定进行傅里叶变换的数据长度N和采样频率f_s； 

b. 将长度均为N/2的三角窗与Hanning窗进行时域卷积，得到长度为N-1的卷积结果，在该卷积结果前补1个零，得到长度为N的三角Hanning时域卷积窗w(n)； 

c. 利用长度为N的三角Hanning时域卷积窗w(n)对离散化的正弦畸变信号x(n)加权，得到加权后的正弦畸变信号x_w(n)=x(n)w(n)； 

d. 对加权后的正弦畸变信号x_w(n)进行长度为N的离散傅里叶变换，得到频谱函数X(n)； 

e. 查找频谱函数X(n)，得到幅度最大谱线k₁、次大谱线k₂和第3大谱线k₃，相应的频谱幅度分别为|X₁|、|X₂|和|X₃|； 

f. 计算峰值谱线左右两侧的泄漏权值分别为d₁和d₂，具体计算公式为： 

d1=|X2||X1|]]>，d2=|X3||X2|]]>