[发明专利]基于插值DFT的正弦信号频率估计方法

摘要

本发明公开了一种基于插值DFT的正弦信号频率估计方法，适用于电力系统的电能质量评估。由于实正弦信号在频谱上存在镜像的负频率分量，非相干条件下负频率分量的频谱泄露将使得DFT的直接使用产生较大的估计误差。针对该问题，提出了一种基于信号相邻谱线的两点IpDFT算法。首先，对时域信号x(n)做离散傅里叶变换，通过搜索DFT幅度谱获取峰值谱线对应的索引值，即频率的粗估计值k0。然后比较峰值谱线左右谱线幅值定位幅度次大谱线。最后由最大的两条DFT谱线构造插值比例，计算频率粗估计值的偏差δ0从而得到完整的信号频率。该方法可以有效抑制频谱泄露干扰，具有较高的估计精度和抗噪性能，在频谱干扰严重的场景优越性更加明显。

主权项

1.基于插值DFT的正弦信号频率估计方法，其特征在于：包含以下步骤：步骤1：采集电力系统中的待处理正弦信号，无噪环境下等间距采样得到N点离散正弦信号序列x(n)满足其中ω₀、A和分别表示信号的数字角频率、幅值和相位，对于样本长度为N的信号序列，系统频率ω₀可以表示为ω₀＝2πl₀/N＝2π(k₀+δ₀)/N，其中l₀称为信号的规格化频率，物理上表征采样得到的信号周期的个数，k₀∈{0,1,2,…,N‑1}和|δ₀|≤0.5分别是信号频率l₀的整数和小数部分；步骤2：对所述的正弦序列x(n)做N点离散傅里叶变换，得到X(k),k＝0,1,…,N‑1，具体表示为步骤3：搜索信号DFT谱线序列X(k)定位幅度最大谱线获取系统频率的粗估计结果，即得到整数部分频率k₀的估计值，记为其中|·|表示取绝对值操作；步骤4：比较峰值谱线左右两条谱线的幅值获取插值方向i，则幅度次大的谱线为当时，比较和如果则i＝1，反之i＝‑1，当时始终有i＝1；步骤5：对幅度最大两根DFT谱线和进行相位旋转，根据谱线的旋转结果和计算插值比例，进而求解小数部分频率的估计值结合整数部分频率的估计值就可最终得到数字角频率的估计结果