全相位FFT算法高精度谐波测量方法

针对电力系统精确测量谐波信号频谱特性这一技术问题,该文提出一种基于全相位FFT算法的高精度谐波测量方法。通过低漂移信号转换电路和程控滤波器对被测信号进行调理,再经高精度A/D转换器变换成数字量传至MCU进行全相位FFT变换,选择离散频谱中幅值最大的两根谱线进行校正得到信号精确测量结果。利用LTspice电路与Matlab算法协同仿真,结果表明:在输入信号为理想谐波、复杂谐波与间谐波、叠加白噪声信号的基波情况下,所提出的方法均可实现对信号频率和幅值的准确测量。在与传统FFT双谱线校正和加窗FFT双谱线校正相比,该文提出的测量方法精度更高、抗噪性更好,频谱泄漏抑制能力更强,适用于对电力信号的高精度测量。

基于双窗全相位FFT的变流器阻抗高精度辨识新方法

为了提高变流器阻抗辨识精度,提出将布莱克曼双窗全相位快速傅里叶变换算法应用于并网变流器输出阻抗高精度辨识之中。首先,建立了dq坐标系下的三相并网变流器的dq阻抗模型;其次,基于原理分析论证了所提方法具有优良的频谱泄漏抑制性能以及较强的抗噪能力,特别适合于在施加小扰动信号背景下非线性特性较强的并网变流器输出阻抗的高精度辨识,并给出变流器阻抗辨识流程;最后,通过仿真试验,验证了方法的优越性。基于布莱克曼双窗全相位快速傅里叶变换的阻抗辨识方法,相比传统方法能以更高的精度辨识出变流器输出阻抗。

欠采样全相位FFT鉴相方法仿真与实现

测距精度是相位式激光测距系统的重要指标之一。为了提高测距精度,采用欠采样方法和全相位FFT(all-phase FFT, apFFT)算法设计了鉴相电路,使用卡尔曼(Kalman)滤波提高了测量数据的稳定性。根据欠采样谱分析鉴相原理,仿真分析了在不同采样频率和不同信号频率下的鉴相精度,对比了基于欠采样的FFT鉴相法和apFFT鉴相法在高斯白噪声、频率偏移等因素影响下的鉴相性能。仿真结果表明,欠采样不会影响鉴相精度,并且欠采样apFFT鉴相法的鉴相精度优于欠采样FFT鉴相法。进行了鉴相性能的实验验证,实验数据表明,当采样频率为100 MHz、信号调制频率为201 MHz时,apFFT鉴相精度为0.134°,卡尔曼滤波后鉴相精度优于0.023°,测距精度可达0.20 mm。因此,基于Kalman滤波的欠采样apFFT鉴相法具有精度高、抗干扰能力强等优点,在相位式激光测距系统中具有重要的应用价值。

全相位FFT密集谱识别与校正

为估计密集谱成分信号的频率和相位值,本文提出基于全相位FFT(all-phase FFT,apFFT)的密集谱识别与校正算法.利用全相位FFT良好的抑制谱泄漏性质和其特有的"相位不变性",本文方法可在传统振幅谱峰识别法失效情况下,根据相位谱是否满足平坦分布来识别密集谱与单频成分谱;结合全相位时移相位差校正法与相邻apFFT谱线间的相位关系,推导出了一种新的密集谱频率与相位的估计方法,并给出了辨别两种谱分布的参数指标.仿真实验表明,在不同信噪比情况下,本算法精度比原有FFT密集谱校正法有所提高,当SNR>20dB时,本文方法有较高的实用价值.

基于双窗全相位FFT双谱线校正的电力谐波分析

基于快速傅里叶变换的电力谐波分析在非同步采样情况下存在频谱泄露,影响测量精度。为抑制频谱泄露对谐波分析的影响,分析对比了双窗全相位FFT与传统加窗FFT在抑制频谱泄露方面的特点,并通过计算证明了双窗全相位FFT在电力谐波分析中的独特优势。针对全相位频谱分析通常采用的时移相位差法存在计算量大、实时性差及存在相位模糊现象等不足,提出了一种基于双窗全相位FFT双谱线校正的谐波分析算法,利用基波频点附近的两条谱线幅值计算基波频率,进而推导了简洁实用的谐波幅值校正公式。该算法实现方便,且实时性优于相位差法。通过与传统加Hanning窗、Nuttall窗插值FFT的仿真对比验证了新算法具有更高精度,基于该算法的实验结果也验证了算法的有效性。

旋转叶片异步振动全相位FFT辨识方法

基于叶尖定时的旋转叶片振动测量技术属于严重的欠采样方法。为实现旋转叶片异步振动辨识,分析了基于叶尖定时的异步振动信号模型,设计了一种利用全相位FFT分析技术的多传感器遍历的异步振动辨识方法,从理论上推导了全相位FFT以及多传感器遍历算法,并进行了计算机仿真验证。运用该方法在某型号航空设备的旋转叶片完成振动测量实验,实验结果表明,叶片异步振动辨识结果与叶片理论设计基本一致。成功解决了叶片异步振动欠采样问题,进一步完善了叶尖定时测振系统。

全相位FFT相位测量法

为精确测出采样序列各样点的相位值,本文深入研究了全相位FFT(简称apFFT)的相位谱特性,严格证明了apFFT的相位不变性,基于此提出了apFFT相位测量法。此法无需借助任何频谱校正措施即可精确测量出相位值,因而计算量小。仿真实验证明此法在无噪时的精度比第1类相位差法高出5个数量级,在信噪比较大时的均方根误差仅为第1类相位差法的1/4～1/3。

基于全相位FFT改进相位差法的自动准同期并列参数测量

发电机准同期并列的关键在于对并列双方电压参数的快速准确测量。但由于并列双方电压频率不同,很难同时对双方电压做到同步采样,传统的基于快速傅里叶变换(Fast Flourier Transform,FFT)的准同期并列参数测量结果因频谱泄露产生较大误差。为抑制泄露,提高参数测量精度,引入了全相位频谱分析技术,并分析了全相位FFT与常规卷积窗FFT的区别与联系。在此基础上提出了基于全相位FFT的发电机准同期参数测量方法,并对全相位FFT相位差法进行了改进,提出了简洁的基波频率及幅值计算方法,使其更好地满足准同期并列的需要。通过仿真计算验证了所提方法性能优良,能有效克服频率波动、谐波、噪声及电压非稳态变化等不同情况的影响,实现并列双方电压参数的快速准确测量。

全相位FFT测相方差及其Cramer-Rao下限

为揭示全相位FFT(All-phase FFT,apFFT)相位测量法相比于现有方法精度提高的内在原因,在前人基础上,结合谱泄漏分布特征及其参数估计理论,推导出了适用于apFFT测相的两未知参数估计模型的克拉罗下限(Cramer-Rao lower bound,CRLB),以及apFFT测相误差与频偏分布的关系。指出该理论下限比传统三参数的CRLB低12dB,基于此总结出一系列在不同信噪比和不同频偏情况下的apFFT测相性能结论。仿真结果表明:在不同的信噪比环境和不同的频偏情况下,apFFT的测相方差都能被CRLB2所界定,验证了上述结论及其新的CRLB正确性。

全相位FFT相位测量法的抗噪性能

为研究全相位FFT(all-phase FFT,apFFT)测相方法的抗噪性能,本文不仅定性观察了不同信噪比(Signalto noise ratio,SNR)的噪声对apFFT的振幅谱图和相位谱图的影响,还定量分析了高斯噪声和量化噪声对测相性能的影响,并推导出apFFT测相方差的理论公式。仿真实验证明,apFFT测相方差与理论值吻合,远小于传统FFT测相方差,无需任何附加频率估计措施,其相位测量方差即可接近Cramer-Rao下限。

无窗全相位FFT/FFT相位差频移补偿频率估计器

为提高经典全相位FFT/FFT相位差频率估计器的精度,该文提出无窗模式和频移补偿两项改进措施。借助谱分析试验和理论分析,该文证明无窗模式相比于原有加窗模式更能增强全相位FFT和FFT的峰值谱幅度,从而增强抵御噪声的能力;借助频移补偿措施,使得无窗模式下的apFFT和FFT总能工作在小频偏状态,从而有助于提取准确的相位差信息。仿真实验表明,该文的改进估计器,对于单频测量情况,其频率估计方差紧靠克拉美-罗限,对于多频情况,相比于现有的Tsui内插估计器,在低信噪比环境下表现出更好的抗干扰性能,因而具有较广泛的应用前景。

全相位FFT算法在谐波测量中的应用

传统FFT算法的结果可以通过一些算法实现频谱校正,如FFT插值法、比值法等,但在对谐波参数测量时存在一定的误差,精度有限,影响谐波分析结果的准确性。本文在现有的离散频谱校正方法基础上,提出一种全相位FFT算法。该算法实现自动搜索各个谐波峰值,能够有效提高对电网谐波频率、相位和幅值的测量精度。通过matlab仿真工具,将全相位FFT算法与比值法测量结果进行比较,结果表明该算法简单实用,精度高,特别是对间谐波的检测,能有效防止频谱泄露,抗干扰能力强。

基于FPGA的全相位FFT高精度相位测量

传统的FFT测相方法,若不采取一些繁复的补偿和修正措施,只有在满足信号频率为频率分辨率整数倍的条件下才有意义,而这个制约条件在实际工程应用中往往难以满足。基于全相位FFT(apFFT)的思想,结合实际工程应用要求,设计并在FPGA平台上实现了1种高精度相位检测系统。在MATLAB环境下的功能模拟和性能仿真,以及在FPGA平台上的实际测试结果表明,该精密测相系统突破制约条件,实际测相绝对精度优于5×10-3(°),具有很高的实际工程应用价值。

一种基于小波包和apFFT的间谐波检测方法

针对现有的间谐波检测精度不高以及暂态间谐波信号定位困难等问题,探讨了一种新的间谐波检测方法。首先,将信号进行小波包和FFT变换,计算相对小波包能量。然后应用频谱特征量和相对小波包能量确定信号所含分量。最后利用小波包重构与apFFT算法检测和定位信号,计算间谐波幅值和频率。分别采用含稳态及暂态的间谐波信号模型对该检测方法进行了仿真研究,并将仿真结果与文献的结果进行了比较。仿真结果表明:该检测方法能够有效地检测间谐波,并具有较高的检测精度。

全相位FFT在合成孔径水声通信运动补偿中的应用

该文针对浅海远程水声信道提出合成孔径技术与直接序列扩频相结合的通信方案,并重点分析了影响通信质量的多普勒效应问题,提出了一种有效的多普勒估计和补偿算法。该补偿算法采用重采样与全相位快速傅里叶变换(AP-FFT)处理技术,实现了频率和相位的高精度估计,同时消除多普勒造成的时间模糊。该文利用声学工具箱对声信道进行了建模,对合成孔径通信系统进行了仿真验证。结果表明,该文所提出的多普勒补偿算法有效地抵抗了收发节点以较高航速相对运动时所产生的多普勒效应,实现了多虚拟子阵发射信号的相干叠加,减少了运动造成的合成孔径处理空间增益损失,显著改善了通信质量。

基于FPGA的全相位FFT高精度频率测量

基于常规FFT时移相位差测频方法由于频谱泄漏的影响使得测频精度不高,且抗噪性能不好。采用具有初相不变特性的APFFT(全相位快速傅里叶变换)算法,结合实际工程应用要求,设计、仿真并在FPGA平台上实现了一种高精度的时移相位差频率测量方案。在MATLAB环境下的功能模拟和性能仿真,以及最终在FPGA平台实际检测的结果表明,该方案能有效克服频率泄漏对相位差测量的影响,测频精度高,抗噪性能强,并且具有测频绝对精度在大倍频程的测量频段内基本保持不变的优点(实例,绝对精度优于1Hz@1kHz～3600kHz),具有很高的工程应用价值。

一种全相位FFT法的高精度相位测量仪设计

针对传统相位测量仪结构复杂、精度低的缺点,提出了一种全相位快速傅里叶变换(FFT)法的高精度相位测量仪设计方案。该方案以高性能Cortex-M4内核的STM32F407VGT6作为系统核心,利用高速同步AD7606获取相位信号,采用高精度的全相位FFT法进行相位计算,并通过以太网接口实现数据的远程传输和显示。实验结果表明:采样点数取1 024,测相位为0°~360°,测频为1 Hz^60 kHz时,实际测量误差小于0.003°,响应时间小于1.0 s。

基于全相FFT的多频比相测距方法研究

连续波多频比相测距雷达具有结构简单、测距精度高、便于采用数字信号处理技术等优点。该雷达一般采用快速傅里叶变换(FFT)求解相位,而全相FFT相比传统FFT能够更好地抑制频谱泄露。文中利用全相FFT代替传统的FFT求解相位,并通过仿真验证了全相FFT可以有效得抑制频谱泄露,从而提高了雷达在多目标情况下的测距精度。

基于SOPC全相位FFT相位差测量系统研究与实现

设计了一种基于SOPC技术高精度全相位FFT相位差测量系统。该系统利用全相位FFT的思想,以SOPC系统作为相位差测量系统的信号处理和控制的核心,其设计方法是基于一种系统级电路,通过Quartus II和SOPC Build-er实现对此系统的定制。本系统测量精度高,实际测量的精度达到了3.9×10-3以上。通过定量分析量化噪声对相位差测量性能的影响,推导出了全相位FFT相位差测量方法的理论公式。测试结果表明此系统抗干扰性强。

氧化锌避雷器泄漏电流的全相位FFT分析

通过检测氧化锌避雷器泄漏电流,经过谐波分析提取泄漏电流基波和各次谐波参数,依据电流阻性分量可判断该装置在电网中的运行情况。为解决快速傅里叶变换(FFT)进行谐波分析时数据截断引起数字信号处理性能下降的问题,选用一种考虑包含某样点所有可能数据截断情况的全相位FFT分析方法,再基于此分析方法选用全相位时移相位差校正算法,同时利用窗谱函数推导出校正公式。仿真结果表明,该算法对比基于FFT的比值公式校正算法在无噪和有噪(50 dB)情况下谐波分析精度分别提高了4~5个数量级和1~2个数量级,且对相对小信号谐波分量的频率估计偏差不超过0.6 Hz,相位估计偏差不超过0.5°。该算法具有相位不变性和频谱泄漏抑制能力,实现了检测精度的提高和小信号参数的估计,并在泄漏电流检测系统中得到验证。