加Blackman窗函数的FFT应用研究

无限序列突然截断的FFT运算会产生频谱泄露,使用变化缓慢的窗函数进行截取可对其进行有效抑制,不同窗函数具有不同的特性,借助matlab仿真手段分析了同一信号的不同窗函数下不同截取长度的FFT变换特性,重点研究了加Blackman窗及在电力谐波分析的实际应用.

基于改进型灰狼优化算法和窗函数加权的稀布矩形平面阵列天线综合

针对在阵列孔径、阵元数目、最小阵元间距等多约束条件下的稀布矩形平面阵列天线优化问题,提出了基于改进型灰狼优化(improved grey wolf optimizer,IGWO)算法和窗函数加权的稀布矩形平面阵列天线综合方法。首先,利用Tent混沌映射、非线性收敛因子、优势狼动态置信策略和对立学习策略对灰狼优化(grey wolf optimizer,GWO)算法进行改进,增加算法的种群多样性和跳出局部最优的能力。然后,利用窗函数对阵列单元进行加权,生成位置分布矩阵,减少稀疏矩阵优化时间,提高优化效率。最后,利用位置分布矩阵生成稀疏阵列,再运用IGWO算法进行多约束条件的稀布优化。为验证所提方法的有效性进行了仿真实验,实验结果表明,本文方法可以有效提高阵列天线的性能,降低峰值旁瓣电平,对于解决在多约束条件下的阵列分布问题,具有一定的工程意义和参考价值。

基于加窗互相关函数的微动面波岩溶塌陷探测

文章利用微动面波成像方法对江西某研究区的岩溶塌陷进行探测:先针对微动信号的互相关函数进行窗函数优化处理,提高数据信噪比,改善微动面波的频散能量谱分辨率;再对研究区各组虚源面波记录进行频散曲线提取和反演处理,获得测线上各点的横波速度结构;最后联合各测点反演结果生成测线下方的横波速度剖面,并结合钻孔资料进行地质解释,成功揭示区内岩溶塌陷的分布位置及深度。结果表明:(1)互相关函数计算时的窗函数选取将影响频散能量谱的分辨率,在微动数据处理时应进行窗函数测试;(2)对互相关函数进行加窗处理和优化,可有效提高微动面波的信噪比和频散能量谱的分辨率,拓宽频散曲线的频带范围,提高反演的准确性;(3)微动面波技术在岩溶塌陷探测中具有较好的应用效果,结合加窗函数优化处理能更准确确定地下危害体的范围。

基于ExactBlackman窗函数的海底线缆磁法探测应用与分析

针对海洋作业环境复杂条件下海底线缆探测部分交越点处磁异常信号微弱,影响交越点坐标判读精度的问题,提出将ExactBlackman窗函数引入交越点磁法探测数据处理流程当中,给出了最佳的ExactBlackman窗函数输入参数范围,并基于实测海底线缆探测数据进行了比较分析。结果表明:与滑动平均滤波器的处理方法相比,ExactBlackman窗函数具有幅值识别精度高、分离磁异常特征更清晰的特点,其交越点定位精度能提高5%左右。研究可用于指导海底线缆磁法探测数据处理实践,提高交越点坐标判读精度。

基于自适应组合窗函数的SPWVD算法及应用研究

针对平滑伪Wigller-Ville分布(Smoothing Pseudo-Winger-Ville distribution,SPWVD)在处理不同信号时,需要采用对应的平滑窗参数才能达到最优时频分布的问题,提出了一种基于自适应组合窗函数的SPWVD算法。该算法将Rényi熵作为时频评价指标,以组合窗函数的窗长和系数作为参数库,提出将随机梯度下降和扰动随机梯度下降分别用于窗长和系数的选取,提升计算速度分别为遍历法的20倍和9倍,最终得到信号的最优时频图。将上述的改进方法应用于碳纤维复合材料的缺陷检测中,结果表明,自适应组合窗函数的SPWVD可以有效地对不同信号选取最优的窗函数参数,对比固定窗函数的SPWVD,自适应组合窗函数的SPWVD具有更好的时频聚集效果,更加完备地对信号进行了表征,并对缺陷进行了定量分析,具备缺陷检测的良好应用前景。

基于加窗互模糊函数估计的卫星搜救定位技术

【目的】随着卫星技术的不断发展,将卫星应用于地面信息网络低覆盖区域进行人员搜救已普及,卫星搜救定位技术作为人员和设施位置指示的有效手段,广泛应用于海上、航空和个人遇险救援行动。而全球卫星搜救系统的发展和研究中,搜救源高精度和快速的定位是其主要目标。【方法】针对卫星搜救信号突发特点,采用双星时频差定位作为卫星搜救定位方法,其所需的到达时间差(TDOA)和到达频率差(FDOA)参数估计是提高定位精度的关键。为了提高双星时频差定位技术的参数估计性能和定位精度,文章提出了一种基于时域加窗的互模糊函数(CAF)时频差估计搜救定位技术方案,通过时域加窗CAF来提高时频差估计的精准度,并利用估计值代入双星时频差定位方程组从而解算出搜救信号源位置,即通过高效地提高时频差参数估计精度达到定位精度提高的目的,以准确找到搜救源。【结果】仿真结果表明,加窗下的CAF时频差参数估计方法可用于搜救定位中,能够获得精确时频差估计值,且加入傅里叶变换后可以减少参数估计时间,进而优化定位性能。将时差误差控制在4μs内、频差误差控制在0.2 Hz以内时,定位精度可以达到千米量级。【结论】文章所提方案并入卫星搜救定位技术后定位性能得到改善,能够支持卫星搜救定位技术在搜救系统中的应用,算法结构简单,复杂度低,具有实际可行性。

基于窗函数和谱线插值理论的谐波检测方法

基于快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)的谐波检测方法,因其理论原理简单和易于嵌入测量系统中而得到广泛应用,但由于存在频谱泄漏和栅栏效应而造成检测准确度不高,因此对于FFT谐波检测方法的改进成为急需解决的问题。首先介绍基于窗函数理论的谐波检测方法和基于谱线插值理论的谐波检测方法,阐述了这两种方法的具体原理,分析和总结了改进方法的研究现状。然后通过仿真分析对所述的两种改进方法进行验证,并分别给出相应的结论。最后对基于窗函数和基于谱线插值理论的谐波检测方法进行总结以及对未来的研究方向进行展望。

基于乘法窗函数的插值FFT的谐波分析方法

针对常规加窗插值算法在使用过程中会出现不满足要求的情况,提出了一种新的乘法窗函数构造方法。以三种常规窗函数为例构造出九种乘法窗函数,并验证了基于这些乘法窗函数的三谱线插值FFT的谐波高精度分析方法。分析了新的窗函数的性能,将新窗函数应用到三插值FFT的谐波分析算法当中。仿真实验表明,构造出的窗函数在10个周期左右数据和5阶拟合条件下,相比于常规窗函数插值算法有更高的准确度。在实际工程中可根据需要选择所构造的窗函数。

对称窗函数的幅值谱特性

研究了对称窗的幅值谱｜Ｗ（ω）｜特性：１）在ω＝０处取得最大值；２）主瓣宽度大于４π／Ｔ，主瓣内至少有两条ＦＦＴ谱线；３）距原点（ω＝０）最近的两条ＦＦＴ谱线分别为最高和次高；４）有限域窗函数总存在旁瓣。根据１）可由搜索最大值的方法无偏估计单频信号的参数；特性２）、３）为由信号ＦＦＴ离散的谱线确定搜索范围提供了理论基础；特性４）表明通过选择窗函数消除旁瓣不可能。

Tukey窗函数用于数字全息图的切趾研究

提出采用Tukey窗函数对数字全息图进行切趾处理的方法,以削弱数字全息像再现过程中的孔径衍射效应,抑制再现波前的起伏.模拟实验结果表明,该方法显著改善了再现像中央区域的强度和相位分布,适用于微小物体的显微测量及微小形变测量等领域.

EMD端点效应的评价指标及抑制端点效应的窗函数法

在应用经验模态分解(EMD)处理数据的时候,端点效应成为影响该方法精度的主要因素,即在“筛”的过程中上下包络在数据序列的两端会出现发散现象。端点效应会增加一些虚假成分,信号的总能量也随之增加,本文提出可以计算EMD后信号的总能量,来评估端点效应的影响程度。为了抑制端点效应,本文提出一种新的解决方法,即在信号序列上加窗函数,仿真结果表明,窗函数法有明显的效果。

基于镜像延拓和窗函数的端点效应抑制方法

经验模态分解被广泛用于复杂的非线性及非平稳信号处理,但其分解过程中存在端点效应问题,并且端点效应会随着筛选的进行而更加明显,从而导致数据处理发生畸变。镜像延拓法和窗函数法均是抑制端点效应的有效方法,但也各自存在不足。为此,提出将镜像延拓和余弦窗函数结合的改进方法,以弥补镜像延拓法中原始信号端点不是极值点和窗函数法中需要改变原信号的不足,实现对端点效应抑制方法的改进。仿真实验结果表明,与传统方法相比,改进方法能更好地抑制端点效应的发生。

接收函数提取的多正弦窗方法

接收函数方法是研究地壳、上地幔速度结构的重要方法之一.稳定、可靠的提取接收函数的方法是实现的基础.频率域反褶积是一种常用的提取接收函数的方法,在加窗截断数据时,单一窗函数会降低信号的饱和度并造成频率泄露.为解决这一问题,引入了正交数据窗函数,对信号多次采样实现互补,保证了数据信息饱和度并有效抑制频谱泄露.多正弦窗是一种最小偏差正交窗函数,具有解析表达式,应用方便.在此文中,我们用多正弦窗来提取接收函数,且把震前噪声作为计算接收函数的一部分,增强了接收函数的稳定性.对观测数据的试验效果显示,多正弦窗频率相关估计方法提取的接收函数稳定性好,精度高,是一种提取高质量接收函数的方法.

改进周期图法功率谱估计中的窗函数仿真分析

周期图法是功率谱估计的一种基本方法,但该方法不满足一致性估计条件,谱估计的分辨力和方差都很难满足实际应用需要。因此采用其改进方法(即Welch法)估计信号功率谱,并结合该方法对四种典型窗函数的谱估计性能进行了具体的仿真,就其中的频率分辨率、采样信号的数据长度与窗函数的特性等因素之间的关系,进行了详细的讨论,重点分析了窗函数对谱估计的影响,指出了它们的优缺点,得出了不同数据类型与估计方式下的功率谱标准方差的均值。最后,根据实验结果并结合窗函数的评价指标,指出了选取合适的窗函数应注意的一般原则,具有一定的实际指导意义。

谱峰法的窗函数选择

导出了单频信号的谱峰与信号参数的关系，利用这一关系可以完全克服FFT的栅栏现象，因而可大大改善估计精度。论述了多频成分信号参数估计的谱峰法的合理性。构造了牛顿切线法搜索谱峰的格式，探讨了迭代的初始值选择。就一复杂的6频成分仿真信号比较了常见窗函数对谱峰法精度的影响，指出汉宁窗是首选的，其次为高斯窗，而若特别关心谱的分辨力，宜使用余弦矩形窗。所有窗的峰值法估计精度都远优于FFT直接估计结果。

基于熵的Gabor变换窗函数宽度自适应选择算法

该文针对Gabor变换中窗函数宽度选择的问题,提出了以提高Gabor表示的聚集性和时频分辨率为目的的窗函数宽度自适应选择算法。提出对香农熵的取值范围进行改进,使其更适合度量时频分布的聚集性,进而根据熵度量实现了与信号非平稳性相适应的最优窗函数宽度选择。仿真结果表明该算法对单分量及多分量信号都能有效地选择最优窗函数宽度,能够获得聚集性好、时频分辨率高的Gabor表示,并具有很好的抗噪性能。

采用窗函数法进行数字信号截短的优化算法

对数字信号进行有限点数的截短采样时，通常会发生频谱泄露。提出一种基于FPGA的矩形窗、海明窗、汉宁窗和布莱克曼窗四个窗函数的改进型信号截短算法方案，并对其资源消耗和运行速度进行优化，从而提高频谱泄露的性能。为了减少系统资源消耗和提高精度，采用了资源共享技术、选择合理的数据位宽以及为CORDIC模块选择合适的迭代次数；为了优化速度，采用了恰当的流水线技术，从而较大提高了处理速度。仿真表明，优化后的系统逻辑资源减少20％～51％，时序约束达到360MHz，其中的布莱克曼窗对第一级旁瓣衰减达到59．3dB。

基于窗函数的离散谱校正方法

三角形谱校正方法是一种近似方法,在没有噪声或输入信噪比非常高的情况下,三角形法的校正频率无法收敛到真值。该文从窗函数的数学定义出发,给出了一种基于窗函数的离散谱校正方法——代数法,并推导出几种常用窗的离散谱校正公式。该方法具有非常高的频率校正精度,同时又具有三角形法运算量小、受噪声影响小的特点。最后仿真试验验证了该算法的有效性。

航空重力数据窗函数法FIR低通数字滤波试验

采用窗函数法FIR低通数字滤波方法,对GT-1A型航空重力系统的测量数据进行了滤波试验研究,获得了一些有意义的结果。试验结果表明,通过选择合适窗形、窗口长度和滤波参数,窗函数法FIR低通数字滤波器是可以在航空重力数据的低通数字滤波处理中发挥应有的作用,获得满意的效果。

基于椭圆球面波函数的最佳窗函数分析

针对椭圆球面波函数在窗函数中的应用问题,从能量聚集性角度理论证明了椭圆球面波函数(PSWF)是最佳窗函数,采用基于特征值分解的数值算法求解椭圆球面波函数,简化了求解过程,算法简便,易于实现。通过仿真分析,与现有的窗函数相比,在相同持续时间和边瓣峰值条件下,椭圆球面波窗函数主瓣最窄、能量聚集性最好,频谱分辨率最高。