[发明专利]基于FFT与DWT的混合谐波检测改进方法

说明书

本发明公开了一种基于FFT与DWT的混合谐波检测改进方法，其解决了现有谐波检测方法低频稳态信号分析的准确性低，高频无法区分多次谐波的技术问题，其使用DWT将原始信号分解成高频部分和低频部分。分解完成后，对重构的低频部分进行加窗插值FFT处理，改进原混合谐波只采用FFT存在的频谱泄露和栅栏效应问题；对重构的高频部分对衰减信号的存在进行逐次的判断，若不存在衰减信号则进行加窗插值FFT处理，反之，则需要检测出衰减信号所在的频率，使用加窗插值FFT还原所有平稳谐波信号，依次与该层重构信号相减，最终得到衰减信号。本发明广泛用于信号处理技术领域。

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，具体而言，涉及一种基于FFT与DWT的混合谐波检测改进方法。

背景技术

当今主流的谐波检测方式是，选用最为广泛的基于FFT的谐波检测方法和发展前景较好的基于DWT的谐波检测方法进行研究。从理论入手分析其原理，并构建典型谐波仿真信号，结合MATLAB分析其各自适用范围和局限。FFT对于稳态谐波信号具有较高的检测精度，但其分析结果不包含时域信息，因此对时变谐波信号分析无能为力；使用FFT对电能信号进行整周期采样，不可避免的出现频谱泄露和栅栏效应问题；DWT得益于多分辨率分析的思想，可用于时变谐波信号的检测，但进行频带划分具有盲目性。在高频分析时，无法对频带进行细分，因此不能从划分频带中将各次谐波分别提取。针对两方法的分析也从理论和仿真结果两个方面论证了FFT与DWT相结合的混合谐波检测策略具有可行性。

通过对现有的两种基于FFT和DWT的混合检测方法分析发现，一种方式虽然通过进行FFT确定谐波所在频率，再进行DWT的方式，解决了频带划分盲目的问题，难以保证所有的谐波信号频率单独落于划分的频带中心。另一种方式将信号用DWT分为高频分量和低频分量，低频采用FFT，高频用DWT重构，保证了低频稳态信号分析的准确性，没有解决DWT在高频部分无法区分多次谐波的问题。

发明内容

本发明就是为了解决现有谐波检测方法低频稳态信号分析的准确性低，高频无法区分多次谐波的技术问题，提供了一种提高稳态谐波检测精度的基于FFT与DWT的混合谐波检测改进方法。

本发明使用DWT将原始信号分解成高频部分和低频部分，分解完成后，对DWT重构后的低频部分进行加窗插值FFT处理，以进一步提高低频谐波检测精度；对重构后的高频部分，对衰减信号的存在进行逐次的判断，若不存在衰减信号则进行加窗插值FFT处理，反之，则需要检测出衰减信号所在的频率，使用加窗插值FFT还原所有平稳谐波信号，依次与该层重构信号相减，最终得到衰减信号。

本发明提供一种基于FFT与DWT的混合谐波检测改进方法，包括以下步骤：

步骤1，将原始信号先经过离散小波变换，将信号分解为高频部分和低频部分；

步骤2，针对于重构后的低频部分，进行加窗插值FFT处理；

步骤3，针对于重构后的高频部分，判断是否存在时变成分，予以不同方式处理，设离散小波变换重构的高频部分为S(n)，S(n)前半部分所有波峰的平均值为S₁，后半部分全部波峰的均值为S₂，称(S₂-S₁)/S₂为衰减率，当衰减率大于某一阈值时认为函数呈衰减趋势，S(n)进行傅里叶变换后的结果为F(n)，F(n)提取参数后还原的各次谐波为f_k(n)。

优选地，步骤3中，当衰减率大于50％时认为函数呈衰减趋势。

优选地，针对高频部分进行快速傅里叶变换，快速傅里叶变换后高频暂态分量分为高频稳态分量、高频暂态分量和高频稳态加暂态分量三种情况。

优选地，第一种情况高频稳态分量，从离散小波变换重构波形分析，高频部分不存在衰减趋势的时变信号，仅包含稳态谐波。