基于DFT的相位差估计精度与改进方法

相位差是传感器信号处理中重要的检测参数。针对相位差高精度估计要求,在阐述DFT相位差估计原理基础上,分析了影响估计精度的主要因素,推导出估计方差与信噪比、采样长度、频率偏差及对称窗型窗长的具体关系,并给出了满足精度要求的信噪比、采样长度和和频率偏差条件。提出一种校正谱泄漏的相位差估计方法,先通过比值法计算出频率偏差,然后考虑负频率泄漏影响进行相位差估计,校正了短程和长程两类谱泄漏影响,给出了加矩形窗或Hanning窗的估计式和方法步骤。实验结果验证了估计精度分析及本文方法性能,科氏流量计应用实验表明了方法的工程可行性和实用价值。

非半周期采样信号相位差估计的相位校正相关法

针对非半周期采样信号的相位差估计问题,提出一种非半周期采样信号相位差估计的相位校正相关法。首先,利用频率估计的相位匹配方法对采样信号进行频率估计,得到采样信号的频率估计值;其次,对采样信号进行互相关,得到互相关信号,并通过采样信号的信号时移和互相关构造一路新的互相关信号,使两路互相关信号具有相同的误差项;然后,利用两路互相关信号得到相位校正互相关信号;最后,利用相位校正互相关信号和频率估计值获得采样信号的相位差估计值。理论分析表明,该方法消除了采样信号非半周期采样对相位差估计的影响,无需预知信号幅值即可实现采样信号相位差的无偏估计。为验证所提方法的有效性和优越性,在不同相位差、信噪比和信号长度条件下对本文方法进行了仿真实验,并利用科氏流量计进行了应用实验。仿真实验结果表明,本文方法有效提高了非半周期采样信号的相位差估计精度,其相位差估计精度优于互相关方法、数据延拓式相关方法和正交时延估计方法的相位差估计精度,更接近克拉美罗下限。科氏流量计流量测量实验验证了本文方法在实际应用中的有效性。

非整周期采样信号相位差估计的相频匹配方法

为提高信号非整周期采样条件下相位差的估计精度,改善方法的抗噪性能,提出一种非整周期采样信号相位差估计的相频匹配方法。该方法通过两路正弦信号的分段Hilbert变换、互相关、自相关、相位加权平均等技术获得两路信号的相位差。理论分析表明,分段Hilbert变换有效抑制了正弦信号非整周期采样对Hilbert变换的影响。仿真实验结果表明,与互相关法、Hilbert变换法、数据延拓式相关法相比,该方法改善了非整周期采样信号的相位差估计方法的抗噪性能,提高了相位差的估计精度,其相位差估计误差更接近克拉美罗下限。科氏流量计流量检测实验证实了该方法的有效性。

时变信号相位差估计的相频匹配方法

为提高科氏流量计信号的相位差估计精度,提出一种时变信号相位差估计的相频匹配方法。该方法通过时变信号与参考信号的频率匹配、时变信号的相移信号与其正交分量的相位匹配、参考信号与时变信号及其相移信号的互相关获得时变信号的相位差估计值。计算验证结果表明:该方法准确实现了时变信号的90°相移,有效提高了时变信号的相位差估计精度。科氏流量计流量检测实验证实了所提方法的有效性和优越性。

基于相干小波变换的信号相位差估计

精确地估计两列信号间的传输延迟在工程上有着重要的意义。傅里叶变换方法很难区分或识别信号的瞬时变化,而小波变换方法是一种时间窗和频率窗都可改变的时频局部化的分析方法,在非平稳信号的分析方面具有明显的优势。给出应用Morlet小波变换的相干性实现两信号相位差估计的算法,在不同信噪比条件下,对算法的估计性能进行了仿真研究。仿真研究结果表明,在低信噪比的条件下,基于小波变换的相位差估计方法可以实现信号相位差的精确估计。通过与基于离散时间傅里叶变换方法的比较,验证了小波变换方法在估计信号相位差方面的优越性。该方法还可用于对非平稳信号相位差的估计。

分时复用三轴陀螺相位差估计算法研究

动态条件下分时复用三轴光纤陀螺相位差导致工作轴精度降低,目前尚无较好的解决办法。由分时复用陀螺模型参数推导出系统输入输出的差分方程,进行幅频和相频仿真,得到相位差幅值大小直接影响系统的精度。为此首次提出了基于数据趋势估计的m点迭代相位差估计算法,重点分析了基于数据趋势的估计算法普遍存在的锁死机理,提出了基于调整跳转系数和引入遗忘因子的解决办法,并加入判断准则以抵抗异常值的影响。讨论了算法的收敛速度及其在实际中应用的问题。通过仿真实验验证了算法的可行性和正确性。从实验数据中可以反映出在动态条件下,该算法可以使得分时复用陀螺单轴精度提高1.3倍以上。

改进的超短基线系统自适应相位差估计器

针对传统的自适应相位差估计器,由于采用最小均方(LMS)算法存在收敛速度和稳态精度之间的矛盾,对基于LMS算法的自适应估计器提出改进方法。提出将最小二乘(RLS)算法应用到自适应相位差估计器中,进一步提高自适应估计器的稳定性。数值仿真和实验数据验证结果表明,所提的LMS算法和RLS算法两种自适应相位差估计器均能提高计算精度和收敛速度,其中RLS算法自适应相位差估计器的稳态精度更高。

基于相关和Hilbert变换的科氏流量计相位差估计方法

科氏流量计相位差估计方法存在计算量较大、计算复杂、实时性和计算精度较差等问题,已不能满足复杂环境高精度流量测量领域的需求。为此,提出一种基于相关和Hilbert变换的科氏流量计相位差估计方法。首先,采用快速傅里叶变换(FFT)对传感器信号进行频率预估计,对信号是否整周期进行判断,对非整周期的信号进行数据延拓处理;然后,对任一路传感器信号进行自相关运算得到一路同频参考信号;对3路同频信号进行Hilbert变换,将3路变换后的信号与变换前信号进行相关运算,再利用三角函数公式即可求出相位差。与原有方法相比,所提方法克服了非整周期采样的影响,实时性、动态性更强,相位差估计精度更高,仿真分析与实测结果均证实了所提方法的有效性和优越性。

科氏流量计相位差估计的ap-Hilbert法

相位差估计是科氏流量计精确计量的基础,现有方法计算量较大,估计精度受频谱泄漏影响,且需要预知信号频率,难以满足复杂流量环境的测量需求。为此,提出一种科氏流量计相位差估计的ap-Hilbert法,首先对2路传感器信号进行全相位预处理,即对采样信号循环分段后移位对齐相加得到全相位序列,以消除频谱泄漏导致的端点效应;然后,对全相位序列进行Hilbert变换获得其解析信号,分别提取2路解析信号的实信号和虚信号部分;再通过三角变换,利用三角函数和差公式即可求出相位差。实验结果表明,所提方法克服了Hilbert变换的端点效应,与现有方法相比较,较大提高了相位差估计精度。

自适应相位差估计器

介绍了自适应相位差估计器的原理,给出了算法的仿真结果和对实际数据的相位差估计结果,意在通过自适应相位差估计器对各阵元通道间的相位差进行测量,利用测量结果对多阵元接收系统进行时延差补偿。通过仿真与实际信号的分析,自适应相位差估计器具良好抗干扰能力,相位差估计精度高,学习速度快等优点,可以用此方法进行系统相位差估计。

水下目标定位自适应相位差估计算法改进研究

在主动式窄带水声定位系统中,准确估计基阵阵元间接收信号的相位差是关键技术。自适应维纳滤波器可以自适应地降低噪声干扰,对复杂的海洋信道环境有很强的适应能力。论文将递推最小二乘(RLS)算法与自适应Notch滤波器结合,以两路正交且频率已知的连续波(CW)信号为参考信号,实现相位测量。相位估计值在极少次迭代后就收敛到真实值附近,并在之后的迭代计算中稳定趋向真实值。针对可能出现的“跳象限”现象,对算法加以改进。仿真研究和实验验证结果表明,该相位差估计器收敛速度快,稳定性好,计算精度高。

一种两通道点频脉冲信号的频率和相位差高精度估计方法

为提高多通道脉冲信号的频率和相位差估计精度,针对两通道大时延点频脉冲信号的频率和相位差估计问题提出一种新的高精度估计方法。利用脉冲信号快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)频谱带宽内频率、相位差、时延差以及信号采样点数之间的线性关系,建立脉冲信号频率、相位差的算法模型,对频率和相位差进行精确估计,并对通道时延差精度进行评估。通过蒙特卡洛仿真试验,对比分析了几种典型算法的估计性能,验证了该方法的有效性,实验结果表明该方法具有更高的频率和相位差估计精度。

科氏质量流量计相位差的一种高精度估计方法

科氏质量流量计是一种用于直接测量质量流量的流量计,其测量精度易受环境噪声的影响。为提高其精度,提出了一种高斯噪声背景下的科氏质量流量计相位差估计新方法。当传感器信号频率在较小范围内缓慢波动时,通过锁相环实现整周期采样。采用离散傅里叶变换计算两路传感器信号的相位差,并实现了219点离散傅里叶变换,以获得精确的相位估计值。与快速傅里叶变换相比,所提出方法具有计算量小、计算速度快等优点,大大降低了数据处理容量。仿真结果表明:当信噪比高于0dB时,该方法的相位估计误差小于0.12°。

频率失配条件的自适应相位差无偏估计方法及性能分析

针对频率失配条件下受噪声影响导致相位差估计精度不高的问题,提出一种频率失配的自适应相位差无偏估计方法,提升相位差估计的精确性和抗噪性.为此,首先通过对两路正弦信号的展开式参数进行自适应估计,利用展开式参数估计值实时计算两路正弦信号的相位差;其次,利用泰勒级数展开式对相位差估计方法进行了估计偏差分析,证明了频率失配条件下所提相位差估计方法的无偏性,并给出了相位差估计方法的稳态性能;最后,给出了不同方法的相位差估计结果,并讨论了各参数对相位差估计的影响,计算结果表明所提方法的有效性与正确性.

差分式小流量科氏流量计相位差估计实验分析

相位差估计算法对科氏流量计精度有直接影响,在小流量测量时对算法要求更高。为分析不同相位差估计算法在小流量检测中的性能,针对一种差分式小流量科氏流量计,开展实验研究和对比分析。阐述了差分式小流量科氏流量计计量原理,分析了滑动Goertzel算法、负频率修正DTFT算法和ap-Hilbert法,在1 g/min~50 g/min流量范围内开展水流量测试实验,并对比分析3种算法的相位差估计结果、质量流量测量结果。实验结果表明,3种算法均能够较准确地估计质量流量且稳定性较好;ap-Hilbert与负频率修正DTFT算法的精度相近,较滑动Goertzel算法精度更高,3种算法相对误差均小于1%(流量>15 g/min),可满足实际应用的精度要求。

基于位差预测的视图合成

为了满足多视点视频中新视点合成的需要,提出了一种基于位差估计和补偿插值的视点合成方法。实验结果表明,当两个摄像机间的基线比较小的时候,合成的视图质量和传统方法相当,但合成速度比较快,可应用于实时的交互式系统中。

分布式相参雷达两种相参参数估计算法的性能比较

针对分布式相参雷达信号级融合的可行性问题,介绍相参融合原理,并以两节点分布式相参雷达为模型,仿真分析时延差与相位差的估计误差对SNR合成增益的影响,得到了相参性能良好条件下的参数估计精度要求。以此为依据,研究基于正交四相编码信号和OFDM-LFM信号的多种相参参数估计算法,仿真结果表明,在低目标回波信噪比下,峰值提取法优于互相关处理算法,多脉冲积累算法优于同算法下一维参数提取法,且各算法均受系统采样频率(时间测量精度)的影响,从而为多雷达间协同探测的模式选择提供了有利参考。

基于DSP和信号相关分析的相位差求取方法

数字相关分析方法是一种理想的低频信号相位估计方法,尤其用于同频信号的相位分析方面具有抗干扰能力强等特点。文中设计了一个基于DSP的信号采集、分析和估计系统,主要利用了相关分析方法解决数字信号的相位估计问题,最后,对实际工程中出现的问题给出了相应的解决方法。

一种新型科里奥利质量流量计信号处理方法的研究

针对科里奥利质量流量计相位差估计精度不高、频率估计引入额外误差等问题,提出一种新型的频率、相位差联合估计方法。首先采用自适应陷波器滤除传感器信号中混杂的各类干扰,并对增强信号加窗截断;然后利用自相关和Hilbert变换构造出同频信号和Hilbert变换信号,并对它们进行互相关,通过三角运算解算出相位差;最后,利用解析信号的属性计算出信号瞬时频率。实验验证表明,提出的方法克服了干扰,抑制了Hilbert变换的端点效应,具有较高的精度、稳定性和抗干扰能力。

实际入射角的相位干涉仪测角方法

为了提高短距离定位精度,消除采用平行入射假定所引入的计算误差,分析和研究了近似误差对角度估计和解相位模糊的影响;得出了满足平行入射近似的前提条件,为干涉仪的波长、基线长度等参数设计提供了指导依据;提出了实际入射角的相位差估计和相应的角度计算方法,提高了角度估计精度。文章提出的高精度相位干涉仪测角方法,适用于多个运动平台(如卫星、飞行器)的互相定位、航天器交会对接、地面短距离目标定位等测角精度要求高的工程应用。