[发明专利]一种低波峰因数多频率正弦信号的合成方法

说明书

技术领域

本发明属于医疗电子仪器的测试计量技术领域，涉及一种低波峰因数多频率正弦信号的合成方法。

背景技术

生物电阻抗(Bioimpedance)是生物对象对所施加的交流电流的流动所呈现出的宏观抑制特性，其反应了生物系统的微观电特性。相对其他传统的测量方法，生物电阻抗测量法具有低成本、无创性、实用性和快捷性，从而成为生物医学中提取生理、病理信息的重要手段，对研究生物组织病变、人体成分评估、疾病早期监测等方面都有着广泛的运用前景。

早期生物电阻抗测量主要采用分时测量来获得阻抗谱信息，如直接采用数字频率合成器(DDS)产生激励信号，其特点是在一个测量时刻，激励信号只有一种频率，因此需要分时扫频才能完成所有激励频率的测量。扫频法虽然简单易行，其拥有较高的信噪比(SNR)，但由于如心跳、呼吸、血液流动等动态变化使基于扫频的分时测量法不能及时响应生物系统的变化从而无法得到生物的瞬时特性，失去了宝贵的诊断信息。

为了更方便的进行动态生物电阻抗测量，采用多频率同步信号成为电阻抗测量的趋势。多频率同步信号可以在很短的时间内同时对被测阻抗进行不同频率的激励，从而可以同时获得多个频率下的频率响应。如拥有较强的抗干扰性的伪随机信号m序列可以在连续的频谱分布下得到系统的阻抗信息，但一般而言，阻抗的测量只需要在一定频率范围(通常为5kHz至1MHz)选择有限个稀疏、宽频的频率分布点。因此拥有连续频谱的m序列会因为能量有限而降低各个频率下的幅值，从而降低对应的SNR。

多频率正弦(multi-sine)信号是一种通过包含有限个不同频率、幅值、相位的正弦波从而使其具有任意频率分布与幅值分布的MFS。由于可以自定义频率分布和幅值分布，其很高的能量利用率和灵活性使其在工业测量中得到了广泛的运用。但没有进行优化过的multi-sine信号拥有较大的波峰因数(CF)，会破坏测量系统的线性特征，因此如何合成具有低CF的multi-sine信号是当今研究的主要方向。一般而言CF的优化方法主要分为以下两类：解析法和迭代法。解析法可以直接通过公式计算出各个谐波的优化相位，但主要针对于等幅，频率均匀分布的频谱，并且CF值并没有达到最优。而迭代法一般都可以得到比解析法更优的CF值，代价是算法复杂且计算量很大。迭代法的优点是通过大量的迭代运算，CF值可以降到很低，但其算法一般很复杂且运算时间过长。因此如何综合两种方法的优点，设计出一种针对任意幅值、频率分布的multi-sine信号，都具有高效、通用的低波峰因数合成方法对于实际的运用非常关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种低波峰因数多频率正弦信号的合成方法，解决了现有技术中存在的低波峰因数多频率正弦信号的合成方法复杂、效率低的技术问题。

本发明所采用的技术方案是，一种低波峰因数多频率正弦信号的合成方法，包括以下步骤：

步骤1：将各次谐波频率f_k输入计算机，k代表谐波的次数；

步骤2：获取各次谐波频率对应的将功率p_k的和归一化后的a_k，并将其输入计算机；

步骤3：对各次谐波的初相位进行Schroeder编码，并将其输入计算机；

步骤4：根据步骤1、步骤2和步骤3得到的参数f_k、a_k、通过IDFT生成初始时域信号N为一个周期内的码元数；

步骤5：通过迭代过程优化初相位，最终获取最优相位结合步骤1、步骤2中的各次谐波的f_k、a_k，通过IDFT生成最终的时域信号，即低波峰因数的多频率正弦信号；

步骤6：将最终得到低波峰因数的多频率正弦信号输出。

本发明的特点还在于，

步骤1中f_k的表达式如下：

f_k＝k×f₁ (1)；

其中，k＝1,...,K，K为谐波的总次数，f₁为基波频率。

步骤2中a_k的获取方法为：

将各次谐波对应的功率p_k的和归一化为1，即令因为则

步骤3中各次谐波的初相位为：

其中，为基波初相位，取0～2π的随机数。

步骤4中的IDFT过程中码元产生的频率_fs不小于信号谐波最高频率f_K的64倍。