消除负频率影响的频谱校正

采用比值法校正低频成分的参数精度比较低 ,其原因是模型中忽略了负频率成分的贡献。为解决这一问题 ,基于包含负频率贡献的频谱公式 ,建立新的校正方案 ,给出矩形窗和汉宁窗对应的校正公式 ,采用数值仿真对校正公式进行考核。结果表明 ,提出的校正公式正确 ,尤其是汉宁窗的频率定位精度。

消除负频率影响的低频间谐波快速检测方法

对电网采样信号进行离散频谱分析时存在负频率分量,负频率对低频间谐波分量具有干扰作用;当间谐波频率邻近基波、谐波或直流分量时,其频谱会泄漏到附近的基波、谐波或直流谱线上,此时会产生主瓣干涉而无法准确检测间谐波。建立了包含负频率在内的间谐波数学模型,通过组建和求解不同位置的谱线方程组,消除了负频率的影响,得到低频间谐波参数的显式求解公式,实现了在IEC标准同步采样要求下对低频间谐波的快速检测。特别是当间谐波与附近的基波、谐波或直流分量间隔小于1个频率分辨率时,该方法仍能在有限的采样数据长度下快速精确地检测出间谐波。仿真结果表明,该方法不受直流偏移和谐波分量的影响,同时具有较好的检测速度和抗噪性能。

计及负频率影响的频谱分析方法及研究进展

实信号经过傅里叶变换后有一半频谱是负频率成分,着重分析了负频率成分对频谱中极低频、极高频等极端频率信号频谱的干涉影响并给出了典型工程示例。仿真分析结果表明,由于负频率成分影响,对于极端频率信号的参数估计,即使采用现有离散频谱校正方法也存在着较大的误差。鉴于开展针对极端频率信号的频谱分析与校正方法研究具有重要的理论意义和工程实用价值,对近年来出现的计及负频率影响的频谱分析与校正方法的原理、适用范围、优缺点等进行了分析和比较,并展望了其主要的发展方向。

计及负频率的极高频信号离散频谱校正新方法

对于机械振动与故障诊断等领域中常见的极高频(接近奈奎斯特频率)信号,传统的离散频谱校正方法存在着较大误差,负频率成分干涉严重是影响其频谱分析精度的重要因素。为提高极高频信号的频谱分析与校正精度,给出了一种计及负频率影响的离散频谱校正新方法。该方法基于Blackman窗,依据离散频谱的周期性并利用局部谱峰附近的3条谱线,建立包含正负频率贡献的离散频谱校正模型,通过对模型的求解获得频率、幅值和相位校正公式。采用频段内扫描的方式对频谱校正公式进行了仿真验证,结果表明所提方法可有效降低负频率成分对极高频信号频谱的干涉影响,提高其频率、幅值和相位校正精度。

计及负频率影响的科里奥利质量流量计信号处理方法

采用滑动Goertzel算法计算科里奥利质量流量计信号的相位差时,存在较长的收敛过程,其主要原因之一是忽略了负频率成分的贡献。基于DTFT递推算法,提出了一种计及负频率影响的科里奥利质量流量计信号处理方法。首先采用自适应格型陷波滤波器对科里奥利质量流量计的传感器输出信号进行滤波并求得其频率,然后采用计及负频率影响的DTFT递推算法计算两路信号之间的实时相位差,再通过频率和相位差计算出时间差,从而求得质量流量。仿真结果表明,该方法可极大缩短相位差和时间差计算的收敛过程,具有较高的计算精度,且当应用于实际的系统时不易发生数值溢出。

计及负频率的DFT与DTFT相位差测量误差分析

针对噪声背景下计及负频率的DFT(Discrete Fourier Transform)与DTFT(Discrete Time Fourier Transform)相位差测量误差问题,用误差理论分别推导出高斯白噪声背景下计及负频率的DFT与DTFT相位差估计方差计算公式。对不同的泄漏误差系数、采样序列长度及信噪比,在负频率影响条件下进行计算验证。结果表明,仿真结果与计算结果一致,表明相位差测量误差分析公式的正确性。提升频率估计精度、增加采样序列长度、提高信号信噪比,可有效提升计及负频率的DFT与DTFT相位差测量方法精度。采样序列长度大于2048点或信噪比大于5 d B时,相位差测量精度提升有限,且DTFT相位差测量方法对频率估计精度更敏感。

基于FFT的一种计及负频率影响的相位差测量新方法

用FFT法测量低频正弦信号相位差时,精度明显下降,甚至无法测量,其主要原因之一是模型中忽略了负频率成分的贡献。基于FFT法,提出了一种计及负频率影响的相位差测量方法,分别给出了加矩形窗和加汉宁窗对应的相位差计算公式。仿真结果表明,在无噪声背景下,具有很高的精度,尤其是加汉宁窗后,误差接近双精度运算的下限;在噪声背景下,该方法的测量精度也高于FFT法。提出的测量方案简单实用,特别适用于频率很低或接近奈奎斯特频率的正弦信号相位差测量。

基于小波和灰色关联度的消除负频率干涉方法

对于机械振动与故障诊断领域中常见的低频滚振等信号,负频率干涉是影响其频谱分析校正精度的重要因素。为消除负频率干涉,提出了一种基于小波变换和灰色关联度的极低频信号频率分析校正新方法。首先将原信号构造为标准参考序列,然后对原信号进行一维小波变换,得到以变换尺度和采样点数为行数和列数的信号分量矩阵,计算变换后的信号分量矩阵中各行分量与标准参考序列之间的灰色关联度,得到灰色关联序列。由于负频率干涉分量的灰色关联度系数较小,可视为信号中的"无用成分"。以灰色关联度系数平均值作为阈值,将小于阈值的负频率干涉分量剔除,最后对剩余信号分量重构恢复出已消除负频率干涉后的原信号。仿真实验和工程实例验证均表明了所提方法的有效性。

论频谱中负频率成分的物理意义

本文讨论了信号经过傅立叶变换所得频谱的物理意义,其中着重于负频率成分。许多信号与系统的教材中,都认为负频率成分没有物理意义。本文以多方面的实例证明了负频率成分不但具有明确的物理意义,而且有重要的工程应用价值。文章还用Matlab程序演示了如何用几何方法求傅立叶反变换,把集总频谱合成为时域信号,从中也可鲜明地看出负频率成分的意义。

双馈电机超同步运行转子电路复功率的负频率分析法

针对文献中双馈电机超同步运行时转子电路频率为负值还是其绝对值的不同观点,分析了产生这种分歧的原因,指出了采用负频率的必要性和合理性。分别采用统一时空矢量图计算法和等效电路计算法分析了负频率正弦电路的无功功率特点,并将分析结果应用到双馈电机超同步运行转子复功率分析中,指出应用等效电路计算转子功率时的"无功功率变性"现象。相应的实验结果证明本文所采用的分析方法和所提出的"无功功率变性"观点是正确的。

正/负频率和频率响应概念的三维揭示

频谱是"信号与系统"教学中的一个重点和难点。其中,"负频率"的概念非常抽象和难以理解。本文借助Matlab工具对正、负频率分量的物理意义在三维空间进行揭示,并讨论频率响应函数的物理内涵,以此加深学生对频谱概念和频域分析的理解,以期取得更好的教学效果。

基于负频率频谱干扰消除的高精度低频间谐波检测算法

采用离散频谱分析的快速检测电网信号中存在的间谐波时,离散傅里叶变换(DFT)后的负频率频谱泄露干扰会降低检测精度。为有效消除负频率频谱泄露干扰,建立了含有负频率分量的频谱解析表达式,推导出基于最大旁瓣衰减窗的改进三谱线插值DFT,以实现间谐波的快速高精度检测。对新算法进行系统误差和噪声灵敏度分析,仿真结果表明新算法不仅能够有效消除负频率频谱泄露干扰,对加性白噪声也具有很强的鲁棒性;而且在被测间谐波低于1个频率分辨率时,新算法也能够达到很高的检测精度。

计及负频率影响的新能源发电低频间谐波检测方法

近年来,随着新能源发电的快速发展,越来越多的电力电子设备应用于发电单元,导致电网中出现了频率为次同步的间谐波。在对这类低频间谐波进行参数估计时,由于受负频率影响,现有的离散频谱校正方法存在较大的误差。为提高其频谱分析精度,文章在IEC 61000-4-7推荐的测量环境下,提出了一种计及负频率影响的离散频谱校正方法。根据信号FFT后的频谱特性,建立包含负频率在内的离散频谱校正模型;依据离散频谱的周期性,利用局部谱峰附近的4条谱线构建谱线方程组来求解低频间谐波的频率校正分量;根据估计出的频率,利用间谐波峰值谱线的频谱值及其共轭值来修正其幅值和相位参数。仿真结果表明,所提方法可以有效降低负频率成分对信号频谱谱线干涉的影响,提高低频间谐波的频率、幅值和相位校正精度,同时具有较好的抗噪性能。

关于负频率的探讨

文章对负频率的存在性、负频率的物理意义、负频率的工程应用进行了探讨,并且说明了负频率具有明确的物理意义和重要的工程应用价值。

信号与系统中用旋转矢量描述负频率和相位角

在一些信号与系统教材中,负频率被说成是没有物理意义的,相位角的定义也不够严格。本文用旋转矢量方法描述负频率和相位角,从几何意义来看如果正频率是矢量的逆时针旋转的角频率,则负频率是顺时针旋转的角频率,从工程角度来看,可以对应发电机的反向旋转。因此负频率不仅有明确的物理意义,也有重要的工程应用价值。一般的相位角采用反正切的三角函数来定义,但这样的定义方式导致相位角取值范围为−π/2到π/2,而实际的相位角应该是−π到π,这个问题可以采用旋转矢量来严格定义。

基于正负频偏脉冲压缩相参积累的移频干扰鉴别方法

基于数字射频存储器产生的移频干扰是一种针对线性调频信号(LFM)脉冲雷达的欺骗干扰,所产生的导前或滞后假目标由于诸多特性与真实目标相似因而难以鉴别。为有效对抗移频干扰,该文通过研究移频干扰信号的脉冲压缩过程,得出存在频率差的两信号进行时域卷积后输出能量与频率差呈负相关的结论。该文利用这一结论设计带有正、负频率偏移的失配滤波器,滤波器在与雷达回波信号进行时域卷积、相参积累后将出现真实目标和干扰信号的峰值差异,进而鉴别移频干扰。该文提出的移频干扰鉴别方法工程实用性强,是在以自卫式干扰条件下常规LFM脉冲多普勒雷达对抗移频干扰的有效方法。通过仿真试验验证了所提方法的有效性。

一种实正弦信号的短时频率估计新方法

针对单频实正弦信号,分析了负频率成分对其频谱分析的影响。提出了一种实正弦信号的短时频率估计新方法。此方法基于把实信号转换为复解析信号的思想,把采样信号与它的90°相移组合成为一个单频复解析信号,然后对此复解析信号再做进一步的频谱分析,从而达到通过消除负频率影响来提高频率估计精度的目的。仿真结果验证了该方法的有效性。

基于迭代插值的实复转换频率估计算法

为消除实信号中负频率成分对频率估计的影响,提出一种基于迭代插值的实复转换频率估计算法。通过预估计采样信号频率,构造参考信号,并通过90°相移得到采样信号的正交分量;将采样信号与其正交分量合成为复信号实现实复转换,抑制负频率成分的影响;利用迭代插值算法估计复信号的频率,重新构造参考信号并生成正交分量与复信号,并对复信号进行频率估计,得到精确的频率值。仿真实验表明:所提算法消除了负频率成分的影响,改善了抗噪性,提高了估计精度,使得频率估计的均方误差更接近于克拉美罗下限。此外,在LFMCW雷达上进行了实测实验,验证了所提算法的有效性。

老年性聋患者不同刺激模式下失匹配负波特征分析

目的观察老年性聋(presbycusis)患者频率差异及持续时间差异失匹配负波(mismatch negativity,MMN)的特征。方法应用美国智听公司SmartEP诱发电位系统,采用被动的Oddball模式对30例老年性聋患者(老年性聋组)、26名老年听力正常者(老年听力正常组)和30名正常青年人(对照组)进行频率差异MMN和持续时间差异MMN检测。结果老年性聋组频率差异MMN潜伏期(202.53±33.75ms)与老年听力正常组(182.48±36.44ms)及对照组(174.23±41.19ms)相比明显延长(P<0.05),而波幅(4.89±1.52μV)与老年听力正常组(5.02±1.63μV)及对照组(5.54±1.58μV)相比差异无统计学意义(P>0.05),老年听力正常组频率差异MMN的潜伏期、波幅与对照组比较差异无统计学意义(P>0.05);老年性聋组持续时间差异MMN潜伏期(243.65±19.40ms)与老年听力正常组(216.47±30.89ms)及对照组(184.68±43.16ms)比较差异均有显著统计学意义(P<0.05),波幅(4.39±1.03μV)与对照组(5.32±1.97μV)比较差异有显著统计学意义(P<0.05),与老年听力正常组(4.73±1.78μV)比较差异无统计学意义(P>0.05);另外,老年性聋组频率差异MMN的潜伏期较持续时间差异MMN潜伏期短(P<0.05),频率差异MMN波幅与持续时间差异MMN波幅差异无统计学意义(P>0.05),老年听力正常组频率差异MMN的潜伏期较持续时间差异MMN潜伏期短(P<0.05),波幅差异无统计学意义(P>0.05),对照组频率差异MMN与持续时间差异MMN潜伏期及波幅差异均无显著统计学意义。结论老年性聋组频率差异及持续时间差异MMN的潜伏期较老年听力正常组及对照组延长,其波幅较对照组小,提示老年性聋患者听皮层可能发生了可塑性变化;老年性聋组持续时间差异MMN与频率差异MMN相比潜伏期长,提示持续时间差异MMN较频率差异MMN更敏感,能够更早的反映其皮层及皮层下的变化。

面向时变的科里奥利质量流量计信号的处理方法研究与实现

在实际应用中科里奥利流量计的输出信号会随时间发生缓慢而微小的变化。针对这种时变信号,本文提出将多抽一滤波器、自适应格型陷波滤波器和负频率修正的滑动DTFT(SDTFT)递推算法组合起来,形成一套完整的科里奥利质量流量计信号处理方法,不仅可以跟踪变化的频率和相位,而且在测量小相位时具有较高的计算精度。整个算法计算量较小,且不会发生数值溢出。研制了基于TMS320F28335DSP的科里奥利质量流量计信号处理系统,实现了整套算法,并进行了测试。仿真和实验结果表明,本文研究的方法和研制的系统是可行的、有效的。