基于CZT和Zoom-FFT的频谱细化分析中能量泄漏的研究

在经典谱估计理论中,频谱能量泄漏是导致频谱失真的主要误差因素。CZT和Zoom-FFT是两种重要的频谱细化分析算法,本文对这两种方法的能量泄漏进行了详细的分析,并仿真分析了不同种类和不同宽度的窗对谱泄漏的影响。分析和仿真的结果表明,Zoom-FFT可以大大减小频谱能量泄漏,获得更高质量的细化频谱。

面向瞬态EMI测试的FFT-SCZT算法研究

针对传统接收机电磁干扰(electro-magnetic interference,EMI)测试实时性差,难以实现瞬态EMI信号测量的问题,提出基于快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)与分段线性调频Z变换(segmented chirp-Z transform,SCZT)结合的瞬态EMI测试方法。首先采用FFT对整个频谱进行初扫得到范围更小的特征频带;其次,基于SCZT时间复杂度低的特点,采用SCZT对特征频带进行频率细分;最后,应用FFT-SCZT测量对幅值动态变化、频率动态变化信号进行测量验证。实验结果表明:FFT-SCZT对幅值动态变化信号的频率、幅值测量相对误差分别小于0.004 5%、2.4%,对频率动态变化信号的频率、幅值测量相对误差分别小于0.004 7%、0.25%;FFT-SCZT算法可准确测量瞬态信号。

基于FFT与CZT的高精度测角方法

对均匀线阵雷达,通过快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)来实现数字波束形成(Digital Beam Forming,DBF)的快速运算,可以得到同时多波束的效果,根据峰值所在的波束确定目标初始角度。在初始角度附近感兴趣的区间内采用CZT(Chirp-Z Transform)方法来细化频谱,根据细化后谱峰位置确定目标角度。该方法可以在较小FFT点数的情况下有效提高角度计算精度,降低对系统存储资源的需求,适合应用于车载雷达等对系统成本敏感的阵列雷达系统中。

ZFFT与Chirp-Z变换细化选带的频谱分析对比

在细化选带频谱分析中,复调制细化方法(ZFFT)和线性调频Z变换方法(Ch irp-Z变换)是常用的两种方法。通过理论分析和仿真计算,对两者在算法、特点和误差方面进行对比分析表明:对于单频率和谱线干涉不严重的多频率谐波成分,使用FFT后进行校正,或者使用CZT细化分析,均能得到高精度的频率、幅值和相位,不必使用ZFFT;对于发生严重干涉现象的密集多频率谐波成分,ZFFT通过增大细化倍数后重采样,把干涉的各频率成分分离后进行校正可获得高精度的信号参数,但CZT只是把细化分析频带局部放大,无法消除干涉影响,提高频率分辨率也无法分离出信号的真实频率成分。通过增大采样点数,减少干涉产生的误差,CZT可以获得较高精度的信号参数,但却大大增加了运算时间。

一种电力系统测频方法——CZT算法

电力系统的频率测量关系到电力系统的安全运行和正常调节。通常的FFT变换方法测量频率,难以满足现场实时计算分析的要求。文中提出了采用基于FFT的CZT算法———线性调频Z变换,目的是解决电力系统的频率测量过程中所遇到的噪声、谐波和随机干扰对进行测量的电压信号造成污染以及外界扰动和操作等导致的信号相位跃变等问题。CZT算法的主要内容是对工频附近(50±5%Hz)的基波及其三次、五次谐波进行线性调频Z变换,沿不同的单位圆,或更一般的路径对Z变换取样,灵活地分析FFT和频谱。此方法适用于高采样频率的频率测频,计算中可以调整频率的分辨率,增加了FFT和频谱分析的灵活性。从文中仿真和实测结果来看,自适应CZT算法测量精度较高,能满足电网频率的测量要求。

基于CZT的电力谐波参数高精度估计

提出了一种基于CZT的电力系统谐波参数高精度估计方法。利用CZT实现频谱细化的特点,首先从复杂信号中提取基波分量,将其减去。然后对剩余信号加5项Rife-Vincent窗,进行FFT分析。最后根据提取基波频率求出各次谐波频率,对Rife-Vincent窗函数在频域插值。仿真验证表明5项Rife-Vincent窗抑制频谱泄露效果很好,在非同步采样的情况下,对含有30次谐波的复杂信号进行仿真分析,结果与传统双谱线插值算法有几乎相同的估计精度,但计算时间约节省了一半。

基于抗混叠CZT变换的宽带相关副本快速算法

信号处理过程中,系统常预先存储相关副本。但对于目标速度较高且对速度估计精度要求高时,则需要存储较多不同尺度的副本信号。副本存储会给系统带来较大的负担,因此寻求实时的副本快速算法是必要的。针对多速率采样难以实现宽带相关处理副本求解的问题,提出了通过CZT变换求解宽带相关副本FFT的计算方法。针对目标回波尺度大于1时造成的副本FFT混叠问题,提出了基于抗混叠CZT变换的宽带相关副本快速算法,并完成了算法的仿真与验证。仿真结果表明,基于抗混叠CZT变换的副本快速算法能准确高效地求取宽带相关副本FFT变换的结果。

基于DSP的LFMCW雷达信号处理技术研究

调频连续波(FMCW)雷达在目标测量系统中有着广泛的应用,而雷达信号的处理是决定测量精确度的关键。本研究设计了一款基于DSP的线性调频连续波(LFMCW)雷达信号处理系统,采用经过三角波调制的LFMCW雷达信号作为发射信号,来实现目标距离及速度的测量。介绍了LFMCW雷达的基本结构,分析了实现目标测量的原理,解决了在信号处理过程中,仅采用快速傅里叶变换(FFT)算法而存在的频率分辨率与计算时间的矛盾,提高系统的测量效率。重点研究了雷达信号处理系统的处理算法——FFT和线性调频Z变换(CZT)的联合算法(FFT/CZT联合算法),同时对FFT/CZT联合算法也进行了MATLAB仿真分析。分析结果表明,FFT/CZT联合算法可以显著地提高雷达信号处理的效率和精度。

国内18信息移频信号检测频谱校正算法的研究

针对铁路行车安全对轨道电路移频信号检测精度的要求及测试仪表对实时性的要求,分别研究了以快速傅里叶变换(FFT)与线性调频Z变换(CZT)算法为基础的频谱校正方法;采用频谱校正方法,将FFT和CZT变换中存在的频谱泄漏还原为接近无泄漏状态,实现信号参数的准确获取;再从算法原理、误差和运算复杂度等3个方面进行对比性分析,结果表明:对于国内18信息移频信号,在中心频率、低频和频偏的标准值处,使用两种算法得到的各参数计算值的绝对误差分别满足0.2Hz、0.02Hz和0.2Hz;各参数标准值发生一定偏差时,FFT的频谱校正算法的参数检测效果优于CZT的;FFT的复数乘法运算量较小。

储油罐液位监测雷达设计与实现

针对目前炼油厂实际生产状况,提出利用FMCW雷达测距技术设计储油罐液位自动监测系统,旨在提高生产自动化程度和降低生产中的安全隐患。文中重点介绍了液位监测雷达的测距原理,采用FFT/CZT算法提高雷达测距精度并给出基于DSP实现方案。通过仿真结果和实验室样本测量数据显示,FMCW雷达的测距精度满足工业设计需要。

基于Matlab的线性调频Z变换算法仿真

线性调频Z变换(CZT)是一种比快速傅里叶变换(FFT)更有效计算信号频谱的算法。针对CZT理论性强,不易理解和掌握的特点,基于Matlab GUI功能设计了线性调频Z变换算法仿真界面,包括算法的计算路径、3种典型序列的线性调频Z变换、线性调频Z变换算法中涉及的中间序列,以及3种典型序列的快速傅里叶变换。通过对CZT和FFT仿真结果的对比,可以直观理解CZT更加灵活的特点;通过对算法计算路径的仿真和算法中涉及的中间序列的仿真,使学生更容易理解和掌握CZT算法原理,进而提高教学效果。

基于MATLAB GUI的数字信号处理仿真平台开发

针对数字信号处理基本运算和典型算法的快速实现和可视化问题,文中借助MATLAB GUI开发了数字信号处理仿真平台。通过引入工程实际案例,实现了信号产生、基本运算、卷积计算、CZT、FFT、功率谱分析、IIR滤波器、FIR滤波器和自适应滤波,涵盖了数字信号处理的常用运算和典型算法,并提供了相应的显示功能。该仿真平台显示直观,简单易用,使抽象难懂的算法变得可视化,便于理解和掌握。

频谱细化算法分析

介绍了当前广泛应用的ZFFT、FFT-FS和CZT三种频谱细化算法的原理,通过大量蒙特卡洛仿真计算归纳了各自的应用特点:ZFFT可以抑制频率间的干涉,对整周期采样信号分析精度高,否则误差较大;FFT-FS和CZT对单频信号分析精度高,不适用于密集多频信号的分析,但估计精度不受整周期采样的影响;从频率分辨率的角度对三种频谱细化算法的实质进行了分析比较:FFT-FS和CZT是一致的,都是在不增加数据长度的前提下,通过插值增加FFT的变换点数,提高计算分辨率,不能改善信号的频率分辨能力;ZFFT和DN点FFT变换是一致的,它并不能真正提高物理分辨率实现频谱细化的功能,只是一种节省运算量的快速算法,可以改善信号的频率分辨能力,但以增加数据长度为代价。

收发一体式无线电高度表设计

为了满足中小型掠海飞行器对无线电高度表的需求,基于IVS948模块设计了一种收发一体式无线电高度表。采用线性调频连续波体制,分析对比了锯齿波和对称三角波调制信号对测量高度的影响,并对其它主要参数的选取进行了计算和分析;对软件运行流程中各个工作模式的关键环节进行了具体说明,并将FFT-CZT算法引入高度测量中。经过对工程样机的带飞试验,其测量数据与GPS差分高度数据相一致。结果表明,该型高度表工作可靠,测量数据可信,精度高,可用于中小型掠海飞行器的飞行控制系统。

LFMCW雷达测距系统及其信号处理算法的设计

设计了一款基于ARM单片机的线性调频连续波(LFMCW)雷达测距系统,其采用三角波调制的LFMCW雷达实现目标距离测量。介绍了LFMCW雷达的基本结构和实现目标距离测量的原理,并重点研究了LFMCW雷达测距系统的信号处理算法——快速傅里叶变换(FFT)和线性调频Z变换(CZT)联合的测距算法(FFT/CZT联合算法)的实现。经理论计算和MATLAB仿真分析表明,FFT/CZT联合算法可以显著提高计算效率和精度。

一种卫星信号载波频率精确估计算法

针对卫星载波频率高精度估计问题,阐述了现有的频率估计实时处理方法,结合类Rife频率修正算法,并考虑卫星信号特点,给出了适用于数字方法实现的卫星信号载波频率高精度估计算法流程。对其进行了仿真实现,其结果表明,该算法能有效提高卫星信号载频估计精度。

高噪声背景下故障信号自适应检测

为尽早发现电厂锅炉潜在故障,以研究高噪音背景下故障自适应检测系统为途径,提出了高噪音背景下故障信号检测的算法。传统的倒谱分析是对信号基于FFT(Fast Fourier Transformation)变换,而该算法对其进行改进,基于CZT(Chirp Z-Transform)变换进行求逆,得到的故障特征曲线更稳定、更可靠。通过实验证明,该计算方法快速有效,故障报出的正确率在99%以上。

高动态GPS信号粗捕和精捕算法仿真实现

为了解决高动态下对GPS信号快速捕获的问题,提出了改进的部分匹配滤波(PMF)和快速傅里叶变换(FFT)相结合的粗捕方法,对其原理和结构进行了分析,并针对其引起的扇贝损失和捕获性能不高的问题,对传统PMF+FFT方法进行加窗处理;考虑到高动态下基于扩展卡尔曼跟踪的方法对捕获后参数的精度要求很高,因此在粗捕的基础上提出了基于线性调频Z变换(CZT)算法的精捕方法,并在GPS信号理论模型和模拟高动态轨迹的基础上,实现了高动态GPS数字中频信号的生成,为进一步加快捕获速度,对于冷启动时提出了一种组合码相关的卫星快速盲搜方法;最后通过MATLAB进行系统仿真实验,验证了所提出的高动态GPS信号粗捕和精捕算法能在加速度为100 g的高动态环境下有约10 Hz的捕获精度。

一种基于DSP的EV-DO联合频偏估计算法

在DSP平台上设计CDMA2000 1X EV-DO反向链路频偏估计算法。针对传统的FFT频偏估计及其改进算法易受栅栏效应和噪声影响等缺点,通过设置合理的频偏因子门限,在FFT频偏估计算法基础上设计了幅度校正和CZT变换的联合频偏估计算法。通过仿真和计算量统计,文章算法在计算量增加不大的情况下相比传统FFT类算法可以获得较好的频偏估计性能。

基于调频连续波雷达交通结构物微形变高精度频率估计

交通结构物发生微形变会直接影响到结构物的整体安全和使用寿命,有效的监测可以起到及时维护的作用。基于调频连续波(FMCW)雷达的交通结构物微形变监测系统具有不受气候条件的影响,精度高的优点。基于FMCW雷达的交通结构物微形变的监测系统,回波差频信号的频率估计是实现结构物形变监测的关键。针对回波差频信号存在噪声的问题,小波阈值去噪后,联合快速傅里叶变换(FFT)和线性调频Z变换(Chirp Z-transform,CZT)算法,可以做到对频率快速高精度的估计。仿真结果表明该方法可以将噪声抑制和高精度频率估计有机结合在一起,实现对回波差频信号频率的高精度估计。