Cosine-modulated window function-based staggered-grid finite-difference forward modeling

The numerical dispersion and computational cost are high for conventional Taylor series expansion staggered-grid finite-difference forward modeling owing to the high frequency of the wavelets and the large grid intervals. In this study, the cosine-modulated binomial window function （CMBWF）-based staggered-grid finite-difference method is proposed. Two new parameters, the modulated time and modulated range are used in the new window function and by adjusting these two parameters we obtain different characteristics of the main and side lobes of the amplitude response. Numerical dispersion analysis and elastic wavefield forward modeling suggests that the CMBWF method is more precise and less computationally costly than the conventional Taylor series expansion staggered-grid finite-difference method.

基于置零点窗函数的电力谐波FFT分析方法

基于快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)的电力谐波算法,受到栅栏效应与非同步采样频谱泄露的影响,测量精度有待进一步提高。加窗和插值修正算法是改善FFT谐波参数测量准确度的有效方法。文章在置零点余弦窗的旁瓣特性和多项拟合插值算法基础上,提出置零点余弦窗FFT的电力谐波分析方法。根据谐波特点设计不同的余弦窗函数,由于窗函数的设计具有灵活性,针对某一种窗函数的插值算法不再适用,因此给出了更具一般性的双谱线和三谱线插值修正公式,为基于FFT的谐波分析提供新的方法。对旁瓣特性以及各次谐波的频率、幅度、相位的测量算法进行仿真分析,通过与经典的Hanning窗、Nuttal窗、Rife-Vincent窗的比较验证了所提方法具有更高的谐波参数分析精度。

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。

一种EMD改进方法及其在旋转机械故障诊断中的应用

针对经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)中存在的端点效应问题,提出一种波形特征匹配延拓与余弦窗函数相结合的改进方法。首先对信号进行波形特征匹配延拓,实现延拓数据与原信号交界处的光滑过渡,避免边界处瞬时频率的跳跃;其次针对该延拓方法存在延拓误差的问题,对信号加余弦窗处理,将延拓误差控制在信号两端,使其无法(或以较慢速度)向数据内部发展,保证信号有效数据的正确分解,提高信号的分解精度,实现EMD算法的改进。通过仿真分析和不对中故障诊断实例研究表明,该方法能较好地抑制EMD端点效应,实现旋转机械故障的有效诊断。

基于加窗DFT的相位差高精度测量算法

本文提出一种基于加窗离散傅立叶变换(DFT)的相位差微机高精度测量算法,详细论述算法原理及实现步骤。采用该算法,相位差测量值理论上与信号频率无关,从而不需要跟踪测量信号频率,不需要对信号整周期采样。算法实现简单,计算量较小,精度高,对高次谐波和噪声具有较强的抑制能力,仿真计算和工程应用验证了其可行性和有效性。

一种改进的余弦窗及其DSP实现

提出了一种减少频谱泄漏,而又易于实现的改进的余弦窗,其核心思想是对一般的余弦窗函数施加一个指数m,根据对频率分辨率和幅值精度、旁瓣抑制的侧重不同,改变m的值,得到不同性能的改进余弦窗.在DSP中软件实现时,针对不同的m值,进行不同次数的循环来实现.仿真结果表明,这是一种效果比较好的加窗方法.

基于泄漏对消的电力谐波相角高精度估计算法

采用快速傅里叶变换(FFT)进行电力系统谐波分析时,受频谱泄漏和栅栏效应的影响,相角估计误差往往较大。为减小这类误差,提出一种基于频谱泄漏对消的谐波相角高精度估计算法,结合余弦组合窗时域和频域特性,综合考虑长、短范围频谱泄漏的影响,推导了基于余弦组合窗的插值FFT谐波相角计算式。该算法首先运用基于余弦组合窗的插值FFT方法获得频率偏差估计值,然后采用离散频谱泄漏对消方法进行信号谐波相角估计,实现简单,准确度高。非同步采样情况下,采用典型余弦组合窗(Hanning、Blackman、Blackman-Harris、Rife-Vincent(I)、Nuttall等)进行信号谐波相角估计的仿真实验与应用验证了本文算法的准确性和有效性。

基于双插值FFT算法的间谐波分析

为了减小频谱泄漏的影响,提高间谐波分析精度,提出了加余弦窗双插值FFT算法来分析间谐波。该算法通过选取合适的窗函数,对采样信号进行加窗后,用FFT计算出离散频谱,再利用多项式逼近的方法得到频率和幅值的修正公式来对谐波分析结果进行修正。修正谐波幅值时,选择距频点最近的左右两根谱线进行加权,对两根谱线采用的权重与它们各自的幅值成正比。该算法能够有效地降低泄漏和噪声干扰,提高了间谐波和谐波分析的准确性。仿真结果证实了算法的正确性与易实现性。

基于矩形双窗的滑动DTFT高精度相位差测量算法

针对机械振动中频率很低或接近奈奎斯特频率的信号,采用传统的相位差测量方法存在较大误差,为更好地抑制频谱泄露的影响,提高相位差测量精度,在传统DTFT算法的基础上,采用矩形双窗、计及负频率影响以及滑动递推,提出一种基于矩形双窗的滑动DTFT高精度相位差测量算法,并阐述该算法原理及其实现步骤。研究结果表明:该算法计算量较小,实现简单,应用于相位差测量,有效地减小了频谱泄露引起的测量误差,能够获得比传统加窗DTFT算法更高的相位差计算精度。仿真和实验结果验证了本文算法的可行性和有效性。

改进FFT非稳态电力谐波分析及应用

在分析余弦函数窗频谱特性的基础上,建立基于余弦偶次幂窗改进FFT的谐波分析方法。运用最小二乘拟合法推导建立信号基波与各次谐波的频率、幅值和相位计算修正公式。仿真结果表明:提出的方法能有效克服基波频率波动以及间谐波的影响,谐波参数计算准确度明显提高,适合于非稳态条件下的谐波分析。嵌入式系统应用验证了算法的正确性。

基于六项余弦窗四谱线插值FFT的高精度谐波检测算法

目前,在实际电网环境中谐波检测算法的精确度不够高。为此,分析了一种具有旁瓣峰值低且下降速度快的六项余弦窗并将其应用于FFT算法中,提出了基于六项余弦窗四谱线插值FFT的谐波检测算法,运用多项式拟合polyfit函数推导出了简单实用的四谱线校正公式,简化了运算过程。实验结果表明:该算法在21次复杂谐波环境中,与四项Nuttall窗和四项Rife-Vincent窗FFT插值相比有更高的精确度,且在基于相同窗的情况下,四谱线插值的精确度要高于三谱线插值计算。最后,在实验中考虑到实际电网中可能遇到的噪声干扰情况,进行了仿真,仿真结果验证了该算法具有较高的检测精确度。

余弦窗DFT递推算法

本文分析了ＤＦＴ递推算法的窗谱特性及其对信号频谱精度的影响，给出了余弦窗ＤＦＴ递推算法及其实现方法，介绍了算法的初始化方法及局部频域的频谱分析算法，分析了算法的复杂性并进行了仿真分析。

基于加窗插值FFT和APFFT的谐波检测算法μ

研究加窗插值傅里叶变换(加窗插值FFT)和全相位傅里叶变换(APFFT)在电网谐波分析中的应用。详细分析了频谱泄漏效应对测量精度的影响。通过数值模拟,发现加窗插值FFT对信号的幅值和频率的检测精度很高,但对相位的检测还存在着比较大的误差,而APFFT具有相位不变性的特征,能精确地提取相位信号。将加窗插值FFT用于幅值、频率的检测,将APFFT用于相位的检测,通过试验仿真运行表明,以上的分析结果,电网谐波的频率﹑幅度﹑相位精度都很高,达到了国家标准。

基于延拓和窗函数的HHT端点效应改进方法

为了克服Hilbert—Huang变换中的端点效应问题，提出了一种基于延拓和窗函数综合应用的端点效应改进方法。通过先对信号进行相似极值延拓再进行加余弦窗函数的处理，解决了延拓部分不精确和加窗函数后使原信号发生改变的问题，在一定程度上克服了EMD方法的端点效应问题，得到更准确IMF的同时也可以通过Hilbert变换得到更准确的边界谱和Hilbert谱。通过用于仿真信号和裂纹转子故障信号的分析证明该方法有良好效果。

基于一类新窗的滑动DTFT相位差测量算法及分析

为更好地抑制频谱泄露的影响,增强算法的动态性能,提高相位差测量精度,在传统DTFT算法的基础上,施加通过若干矩形窗进行卷积运算构造出的一类新窗,计及负频率成分的影响,利用滑动递推的思想,提出一种基于一类新窗的滑动DTFT相位差测量算法,并阐述算法原理、公式推导过程及算法实现步骤。研究结果表明:该算法计算量较小,实现简单,应用于相位差测量可有效减小频谱泄露引起的测量误差,能够获得比传统DTFT算法更高的相位差测量精度。实验分析与应用验证结果均证实了该算法的有效性和可行性。

用于谐波分析的最大旁瓣衰落速度优化组合余弦窗函数

提出了组合余弦窗函数优化的通用原则,利用该原则导出最大旁瓣衰减速度优化组合余弦窗函数.在非相干采样方式下,这类优化窗函数能使旁瓣以最大速度衰落,从而显著降低了频谱泄漏,有助于实现电网谐波的高精度分析.

导引头电子舱自动测试系统中波形相似性度量问题的研究

针对某型号导引头电子舱自动测试系统中波形合格性测试的特殊应用需求,在对已有相似性度量算法进行研究的基础上,提出了适合于本系统应用的波形相似性度量方案;该方案将向量夹角余弦算法和平均绝对差算法相结合,分别从整体和局部对被测波形进行相似度测量;此外还引入了动态滑动窗口算法,解决了被测波形与模板波形的相位对齐问题;对比实验结果表明,与区域相关法、动态时间归正法以及骨架树匹配法相比,该相似性度量方案更加有效、实用。

基于加窗双峰谱线插值的高精度FFT谐波分析

傅里叶变换进行电力系统谐波分析时很难做到同步采样和整周期截断,由此造成的频谱泄漏将影响谐波分析的效果,通过加窗和插值可以改善谐波分析的准确度。讨论了加余弦窗与双峰谱线插值算法,利用多项式逼近的方法得到频率和幅值的修正公式,这些改进能够进一步降低泄漏和噪声干扰,提高谐波分析的准确性。仿真结果证实了算法的正确性与易实现性。

基于一种三谱线插值的间谐波分析方法

电力系统中的间谐波除了具有普通谐波的危害之外,还会影响谐波补偿装置,导致其失效乃至损坏。因此,如何准确测量间谐波参数成为越来越被关注的问题。常用的谐波检测方法 FFT由于难以做到同步采样,会存在频谱泄漏和栅栏效应,使得谐波和间谐波测量结果出现误差,所以用加窗插值对FFT算法进行改进。传统的双谱线插值采用两根谱线信息进行修正,为了进一步提高精度,提出了利用三根谱线信息修正的方法,选取了三类四项余弦组合窗进行仿真验证,在被测信号含有噪声的情况下,对三类窗函数检测间谐波能力进行了分析,并与传统的双谱线插值进行了对比,验证了三谱线插值算法的准确性。

基于延拓与可变余弦窗的经验模态分解改进算法研究

针对经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)中存在的边界效应及边界发散现象随着筛选层次的增加而增加的问题,提出一种利用延拓与可变余弦窗相结合的改进新方法。首先对信号进行延拓处理,增加一定长度的数据,实现延拓数据与原始信号交界处的光滑过度。其次,根据信号边界的发散程度,在逐层提取各阶本征模函数(Intrinsic Model Function,IMF)之前,在信号两端加上宽度可变的余弦窗函数,使得每一个IMF分量边界发散问题最小化,保证信号有效数据的正确分解,实现EMD边界处理算法的改进。仿真和实例信号分析表明,该方法能较好地抑制EMD边界效应,有效地提取故障信号中的特征信息。