基于Hanning Window设计FIR数字高通滤波器

基于实序列的傅里叶变换具有的特征,提出了一种研究线性相位FIR数字滤波器幅度函数的简洁方法。首先揭示了偶对称和奇对称的线性相位FIR数字滤波器幅度函数的特点;然后研究了矩形窗函数对线性相位理想数字低通滤波器幅频特性的影响,即时域加矩形窗,频域形成过渡带;最后介绍了利用窗函数法设计FIR数字滤波器时,对窗函数的要求,选择窗函数的依据及利用窗函数法设计FIR数字滤波器的步骤,并给出了基于Hanning Window来设计FIR数字高通滤波器的实例。

Hanning自卷积窗及其在谐波分析中的应用

加窗插值FFT算法可以有效降低频谱泄漏和栅栏效应对谐波分析精度的影响。本文提出一种由Hanning窗进行自卷积运算得到的Hanning自卷积窗,分析了卷积阶数对主瓣宽度、旁瓣电平和旁瓣衰减速率的影响,计算了1～4阶Hanning自卷积窗的主瓣、旁瓣性能参数,给出了基于Hanning自卷积窗的双峰插值FFT谐波分析算法。仿真结果表明,Hanning自卷积窗具有优良的频谱抑制性能,基于Hanning自卷积窗的双峰插值FFT算法能有效消除各次谐波间的相互干扰,适合于电力谐波的高精度检测,与已有加窗插值FFT谐波分析算法相比,精度有明显提高,且便于嵌入式系统实现。

基于Hanning和Nuttall的混合卷积窗谐波分析方法

提出用Hanning窗和Nuttall窗进行卷积构造一种新型的窗函数——混合卷积窗,分析该窗函数的幅频特性,推导出基于混合卷积窗的三谱线插值法。将所提方法用于电力谐波分析,并与加经典窗算法进行对比。仿真分析表明,该混合卷积窗与Hanning窗和Nuttall窗相比具有更快的旁瓣衰减速率,能更好抑制频谱泄露。在非同步采样情况下,加混合卷积窗三谱线插值法分析谐波具有更高的计算精度。

用加Hanning窗插值高阶正弦拟合法测介损角

电力系统频率偏离50Hz时常规的傅立叶变换用于频谱分析时易产生频谱泄漏和栅栏效应,使介损角计算产生误差。高阶正弦拟合法以信号的基波频率、谐波幅值和相角作为变量对信号进行拟合,该法能有效减轻谐波存在和频率波动的影响,精确测量电气设备的介损角。高阶正弦拟合法的关键是最小二乘的计算,通常使用傅立叶变换结果作为最小二乘法的初始值,当频率偏离50Hz较多时,傅立叶变换结果与谐波分析的真实值相差较大,将其作为初值的最小二乘计算量大,影响了高阶正弦拟合法的实时性。加Hanning窗插值谐波分析法通过加窗和插值能有效减轻频率偏离50Hz时的频谱泄漏和栅栏效应,且有快速算法较之傅立叶变换增加的计算量很少。为提高高阶正弦拟合法计算介损角时的实时性,将加Hanning窗插值谐波分析法的结果作为高阶正弦拟合法的初始值,所得初始值与精确值的差值减少,最小二乘法的迭代次数从2次减到1次,容性设备仿真信号的计算时间从约0.82ms减到约0.45ms,结果表明所提出的方法能有效减少介损角的计算时间,提高介损角测量的实时性。

基于加Hanning窗递推DFT算法的测频方法

常用递推离散傅里叶变换(DFT)方式动态计算频谱,根据相位计算结果实时计算电网变化的频率,动态调整测量控制装置的采样频率实现同步采样。但由于截断信号会产生频谱泄漏,使得相位和频率计算结果有一定误差,采用该方法跟踪频率,实时计算电网变化的频率速度较慢。为提高频率跟踪计算速度,对加Hanning窗递推DFT算法计算频率进行了研究,利用2次加Hanning窗递推DFT求出工频基波相位经过1个工频周期后的相位变化量,再利用该变化量求出对应频率的变化量。采用加窗递推DFT有效减小了频谱泄漏的影响,提高了相位差的计算精度和速度,从而可以提高频率的计算精度和速度。该方法简单,易于实现,计算量较小,频率跟踪速度快。

基于LabWindows／CVI的列车逆变电源分析仪的设计

本文基于插值快速傅里叶变换原理,改进了一种基于汉宁(Hanning)窗的三谱线估计插值方法;采用传感器采样的线性拟合算法和频率跟踪技术动态调整采样频率方案,设计出了一款基于LabWindows/CVI的列车逆变电源分析仪,成功用于电力谐波分析,提高了系统的分析精度,仿真实验和测试结果表明这种全局修正的插值快速傅里叶变换算法是成功的。

基于Hanning窗插值FFT的频率计权频谱分析方法

频率计权的频谱分析是噪声测量仪器的重要测量指标。本文使用FFT方法实现频率计权,针对信号截断引起的频谱泄露和栅栏效应,采用几种典型窗函数对宽带声音信号的A、C频率计权频谱进行了分析比较,得出不同窗函数下的频谱特性,由此提出一种基于Hanning窗插值FFT的A、C频率计权频谱分析方法。以MSP430系列CPU芯片为数据处理核心的数字声级计平台上得到验证实现,仿真结果表明该方法可有效降低频谱泄露和栅栏效应对频谱分析结果的影响,与已有频率计权实现方法相比精度有明显提高。

基于Hanning自相乘窗的电力谐波FFT分析方法

目前谐波分析准确度的关键在于窗函数具有优秀的旁瓣特性。提出了Hanning窗进行时域自相乘运算,得到一种新的Hanning自相乘窗,具有旁瓣特性随着相乘次数的增加不断提高的优点。同时提出基于五项余弦组合窗的四谱线插值FFT的电力谐波分析方法,利用曲线拟合函数得到四谱线插值修正公式。对该窗函数与Hanning窗,Nuttall4项5阶窗的四谱线插值进行仿真对比,验证提出的窗函数对幅值、相位、频率具有更高的分析精度。对南京化工园热电二次电流进行谐波分析进一步验证了所提出的窗函数的有效性。

基于四阶Hanning自乘窗FFT三峰插值的电能计量新算法

为了进一步提高加窗插值算法的计算准确度,文章提出一种新型五项余弦组合窗函数—四阶Hanning自乘窗函数,并基于该窗函数拟合推导出了加窗FFT三峰谱线插值的通用幅值、相位和频率修正公式;利用这些通用插值修正公式,提取出被测电压、电流信号基波和谐波的幅值、相位和频率参量,进而精确计算出基波电能和谐波电能。仿真结果表明,由于该窗函数具有较好的主瓣和旁瓣性能,可有效地抑制频谱泄露和栅栏效应的影响,故基于它构建的电能计量新算法具有较高的计算准确度。

Hanning窗在电力系统谐波分析中的应用

采用FFT算法对电网信号进行谐波分析时很难做到同步采样和整数周期截断,由此造成的频谱泄漏和栅栏效应将影响到谐波分析的结果。本文应用矩形窗和Hanning窗的加窗插值FFT算法分析非同步采样的电力系统谐波,经过MATLAB仿真证明:采用基于Hanning窗的加窗插值FFT算法能够大幅度降低由非同步采样造成的误差,最后给出了实现该算法的C语言程序。

基于改进Hanning窗函数电力系统间谐波检测高精度简明算法

电力信号谐波、间谐波检测时,由于频谱泄露和栅栏效应,需要进行加窗函数和插值计算。针对简单窗函数抑制频谱泄露能力差、复杂窗函数的插值公式无法导出等问题,提出改进Hanning窗函数插值算法。首先,分析加窗插值算法基本原理及问题。其次,根据Hanning窗函数的数学特性,构造新的窗函数,利用该窗函数构造插值算法。根据数学关系,得出改进Hanning窗函数插值计算公式。通过归纳总结,得出通用改进Hanning窗函数插值方案。最后通过算例分析,验证了本算法的可行性及优越性。

基于相关Hanning窗插值的间谐波分析算法

为了在非同步采样的情况下提高谐波、间谐波分析的精度,提出了一种基于相关Hanning窗插值的间谐波分析算法。文中分析了相关Hanning窗零相位特性和幅频特性;推导了基于相关Hanning窗的谐波、间谐波的频率、幅值和相位的估计公式。仿真实验表明,所提出的算法对于电网谐波的参数估计有很高的精度。较著名的Rife-Vincent(Ⅲ)和Blackman-Harris四项窗相比,其谐波参数测量精度有全面的提高。所提出的算法尤其适用于测量弱小的二次谐波参数和弱小的间谐波参数。

Hanning窗在插值FFT算法中应用的研究

用FFT进行谐波分析时,频谱的泄漏和栅栏效应使得结果(在信号非同步采样时)几乎没有意义。施加旁瓣小的窗可以减小泄漏。在泄漏的影响可以忽略的前提下,可以通过插值克服栅栏效应。本文推导了Hanning窗频谱的精确表达式,指出周期性Hanning窗(在主瓣下)具有严格的线性相位;在此基础上,得到近似表达式,指出即使在截断长度不太大时(比如N=16),近似表达式也非常逼真;并在关心的频率范围内,对近似表达式进行Taylor级数展开,得到近似多项式表达式,大大减小了运算量,同时避免了的情况;最后给出了频率、幅值、相位的插值公式。仿真结果显示,这一算法基本消除了非同步采样导致的方法误差。

基于Hanning自卷积窗和三谱线插值的谐波无功功率测量方法

本文提出一种基于Hanning自卷积窗和三谱线插值的谐波无功功率测量方法。根据Budeanu关于无功功率的定义,直接计算无功。计算所需要的谐波频率、幅值和相位则通过采用基于Hanning自卷积窗和三谱线插值的算法得到。Hanning自卷积窗可以有效抑制信号的频谱泄漏。三谱线插值利用幅值最大的谱线及其相邻2根谱线能够确定谱线的准确位置,进而得到谐波的频率、幅值和相角。相对于采用重构的方法,直接计算无功功率的方法要简单。在Matlab平台上的仿真表明,基波频率波动的情况下,本文所提方法得出的结果比基于双谱线插值算法得出的结果具有更高的准确度。

Hanning self-convolution window and its application to harmonic analysis

The Hanning self-convolution window (HSCW) is proposed in this paper. And the phase difference correction algorithm based on the discrete spectrum and the HSCW is given. The HSCW has a low peak side lobe level, a high side lobe roll-off rate, and a simple spectrum representation. Hence, leakage errors and harmonic interferences can be considerably reduced by weighting samples with the HSCW, the parameter estimation by the HSCW-based phase difference correction algorithm is free of solving high order equations, and the overall method can be easily implemented in embedded systems. Simulation and application results show that the HSCW-based phase difference correction algorithm can suppress the impacts of fundamental frequency fluctuation and white noise on harmonic parameter estimation, and the HSCW is advantageous over existing combined cosine windows in terms of harmonic analysis performance.

考虑地震动衰减特性的西安市断层近场区域划分

相较于普通远场地震动,近断层地震动破坏特性更为复杂,引发的危害也更为严重。西安市及周边地区存在多条大型正断层,对其城市建设规划隐患重大。本文以PEER(美国太平洋抗震研究中心)正断层地震动记录为主,使用参数标准化、均值化及汉宁窗平滑化等方法对地震动参数进行了处理,然后根据统计回归分析及最小二乘法线性拟合确定了近正断层地震动的临界断层距,并据此划分了西安近断层地震动区域范围。结果表明:西安周边正断层临界断层距在10~17 km之间,且水平振动的近断层区域范围总是稍大于竖向振动;从西安外环高速内近断层地震动区域划分结果可以看出,西安城区大部分为近断层地震动区域。研究结果可为西安地震小区划及抗震减灾提供一定的科学依据。

基于莫尔条纹的全周转角精密测量方法

由于将莫尔条纹图进行快速傅里叶变换时会导致频谱泄露,导致无法实现360°的全周精确测量,因此提出基于莫尔条纹的全周转角测量方法并搭建转角测量系统。以1°为步距,利用CMOS相机采集不同宽度的莫尔条纹图像,采用快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)对条纹进行处理,得到光栅频谱信息。同时采用汉宁窗能量重心校正算法(Hanning-window energy centrobaric method,HnWECM)校正频谱,得到莫尔条纹图像表征转角的真实有效信息,实现全周精确测量。实验结果表明,该系统可快速精准地实现转角的全周测量,测量范围广,最大误差率为0.2433%。

基于汉宁窗变密度条纹的储罐沉降视觉测量方法

针对储罐沉降问题,提出一种基于汉宁窗变密度条纹和二维视觉的储罐沉降测量系统。将设计的汉宁窗变密度条纹附于被测储罐的表面,在一定距离处通过远焦成像相机对表面的条纹进行实时采集,再通过特定的图像处理算法对图像进行处理以提取储罐的沉降位移。通过SOLIDWORKS三维建模、运动仿真和图像成像模块模拟了不同条件下储罐沉降的图像序列,对主要的测量性能影响因素、测量可行性和准确性进行了模拟分析。搭建了储罐沉降模拟实验测量系统,对系统的测量性能进行了实验分析。结果表明,本测量方法可实现储罐沉降位移的实时监测,在7.5 m距离外沉降位移测量精度优于10μm。

基于优化分裂基FFT算法的APF谐波检测策略

有源电力滤波器(APF)是一种具备动态谐波抑制和无功补偿功能的新型电力电子装置,对电流谐波实时准确快速检测是决定APF性能的一个重要环节。快速傅立叶变换(FFT)是目前应用广泛的谐波检测方法。然而,传统FFT算法计算复杂、存在时间延迟、实时性差、容受电网电压波形畸变或频率波动的影响,影响谐波检测的准确性和效率,降低APF的补偿效果和综合性能。由此,本文提出一种基于分裂基FFT算法的APF谐波检测与补偿策略,通过蝶形运算对偶序号输入使用基-2算法,对奇序号输入使用基-4算法,比传统基-2算法减少10%以上运算量,比传统基-4算法减少2%以上运算量,可有效降低FFT算法复杂程度,增强谐波检测实时性;采用汉宁窗对分裂基FFT算法进行优化,提升谐波检测精度与抗干扰能力,保证APF谐波检测与补偿效果和整体性能。通过三相四线制APF样机实验验证了所提谐波检测与补偿策略的正确性和有效性,在负载突变的情况下,重新到达新稳态的调节时间可缩短约25%。

基于加汉宁窗插值的谐波分析法用于介损角测量的分析

加汉宁窗插值的谐波分析法可减轻非同步采样对介质损耗角(简称介损角)测量的影响,且实现容易、计算速度快,是一种非常有应用前景的介损角计算方法。为更好地将该方法应用于介损角测量,有必要将该方法在信号成分及测量参数变化情况下计算所得介损角的误差变化情况进行分析。文中分析了该算法的原理,通过仿真给出了该算法的计算速度及在频率波动、谐波变化、直流分量变化、采样频率变化、A／D量化位数变化、采样点数变化、介损角真实值变化、白噪声及脉冲噪声变化时计算所得介损角误差的变化情况,并进行了分析。