FFT Nuttall 窗四谱线插值修正谐波检测算法

利用传统傅里叶变换进行谐波信号分析时,由于很难严格做到同步采样,整周期截断,从而不可避免地产生频谱泄露与栏栅效应,降低了检测结果的精确性。为了提高检测结果精确度,在FFT(Fast Fourier Transformation)的基础上,对Hann窗、Blackman窗、Blackmanharris窗、Nuttall窗的四谱线插值算法进行了研究,通过多项式拟合推导出不同余旋窗四线插值对应的幅值、频率、相位的修正公式。并在Matlab上对不同余旋窗四线插值算法进行仿真实验,与对应余旋窗的三谱线插值算法进行对比分析,结果表明四项三阶Nuttall窗的四谱线插值算法幅值精确度可达到10^(-5)~10^(-9)数量级,频率精确度可达到10^(-8)~10^(-9)数量级,相位精确度可达到10^(-3)~10^(-7)数量级,与其它算法相比精确度更高,旁瓣性能更好,能更好地抑制频谱泄露与栏栅效应。

重叠加窗下卫星直序扩频通信干扰非线性抑制方法

由于离散傅里叶变换是通过对整个窗口内的信号进行频域变换,如果信号在窗口的两端产生不连续性,会导致频谱泄漏。而重叠加窗技术能够通过窗口的重叠部分来平滑信号,在不同时间窗口之间实现平滑过渡,减小频率泄漏和旁瓣效应的影响。因此,为提高通信性能,文中研究重叠加窗下卫星直序扩频通信干扰非线性抑制方法。将卫星直序扩频通信信号分成两路,通过改进升余弦窗函数,分别进行1/2重叠加窗处理;利用调制离散傅里叶变换算法变换加窗后的两路扩频通信时域信号,得到频域信号;采用自适应门限干扰检测算法非线性干扰抑制两路频域信号;由改进自适应幅度恢复非对称算法还原抑制后的频域信号,并对其进行逆变换处理,得到时域信号;按照1/2重叠加窗思想,融合两路时域信号,完成通信干扰非线性抑制。实验结果证明:该方法可有效重叠加窗处理卫星直序扩频通信时域信号,避免了旁瓣效应的影响,准确地抑制了卫星直序扩频通信干扰。

基于小波变换的机载雷达测绘遥感影像信息数据融合方法

在融合机载雷达测绘遥感影像信息数据的过程中,由于原始机载雷达测绘遥感影像反馈信号在频域分布上具有多元化的属性,导致融合后影像的质量相对较低。为此,文章提出基于小波变换的机载雷达测绘遥感影像信息数据融合方法。该方法通过在小波变换设置了以频率为基准的窗口函数,并结合遥感影像反馈信号所处频域与频率函数状态之间的关系,建立了待分析遥感影像信号与频率窗内的高频频域分布参数之间的乘积关系,从而得到所需的信号频谱特性,在进行机载雷达测绘遥感影像信息数据融合阶段,结合遥感影像反馈信号与有限区域范围之间的关系,对其进行适应性融合。测试结果表明,融合后影像在完整度、清晰度以及综合质量方面均处于较高水平。

一种减小光纤传感系统频谱噪声的信号处理方法研究

针对基于短时傅里叶变换的布里渊光时域反射仪(STFT-BOTDR)系统噪声频谱泄漏导致的布里渊频移误差问题,提出利用布莱克曼窗函数解决频谱噪声的信号处理方法。首先搭建STFT-BOTDR系统,采集到包含系统变频模块产生低频噪声的布里渊信号,然后分别利用海明窗函数和布莱克曼窗函数解调的布里渊增益谱和布里渊频移分布。实验结果显示:利用布莱克曼窗函数比利用海明窗函数更能有效解决STFT-BOTDR系统中由于低频噪声发生频谱泄漏产生的谐波使布里渊增益谱失真的现象,减少布里渊频移的测量误差。实验表明利用窗函数解决系统频谱噪声的方法,在1.8 km的待测光纤上利用布莱克曼窗函数解调的布里渊频移分布测量精度达到1.4691 MHz,系统性能得到了提升,有利于加速低成本、中精度STFT-BOTDR系统的工程应用进程。

电磁频谱监视卫星三星星座截获能力仿真

分析了当前基于窗口函数截获概率模型存在的问题,提出基于能量的截获概率分析模型,将卫星星座和地面辐射源的轨迹、姿态、天线方向图、天线扫描策略、接收机灵敏度、发射机功率等参数纳入模型。利用此模型,分析三星对单目标、重点区域目标的截获能力。并探究目标波束仰角、波束宽度对单目标截获概率的影响,以及卫星不同天线方向图、扫描策略对区域目标截获概率的影响。仿真结果可以为电磁频谱监视卫星的轨道设计,波束扫描设置提供依据。

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。

基于全相位FFT改进相位差法的自动准同期并列参数测量

发电机准同期并列的关键在于对并列双方电压参数的快速准确测量。但由于并列双方电压频率不同,很难同时对双方电压做到同步采样,传统的基于快速傅里叶变换(Fast Flourier Transform,FFT)的准同期并列参数测量结果因频谱泄露产生较大误差。为抑制泄露,提高参数测量精度,引入了全相位频谱分析技术,并分析了全相位FFT与常规卷积窗FFT的区别与联系。在此基础上提出了基于全相位FFT的发电机准同期参数测量方法,并对全相位FFT相位差法进行了改进,提出了简洁的基波频率及幅值计算方法,使其更好地满足准同期并列的需要。通过仿真计算验证了所提方法性能优良,能有效克服频率波动、谐波、噪声及电压非稳态变化等不同情况的影响,实现并列双方电压参数的快速准确测量。

应用三谱线插值FFT分析电力谐波的改进算法

分析了加窗三谱线插值FFT算法的原理。针对算法开方运算量大、响应速度慢的不足,分析了窗函数主瓣内谱线的相位特性,推导出在忽略谐波间泄漏影响的情况下窗函数主瓣内任意相邻两根谱线相位差等于π的规律。在此基础上提出了一种改进三谱线插值修正算法,该算法在不影响精度的前提下可将插值过程所需的求幅值运算量减少为常规算法的1/3。仿真和实验结果表明,改进算法有效地减少了插值过程的计算量,提高了算法响应速度,同时仍然具有较高的计算精度,适用于电力谐波的分析测量。

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。

基于四谱线插值FFT的谐波分析快速算法

由于非同步采样和非整周期截断导致快速傅里叶变换(FFT)不能准确地分析出谐波参数,加窗和插值算法经常被用来改善FFT的计算精度。在信号加窗条件下,基于四谱线插值的FFT算法基础上进行快速算法研究。该算法通过分析加窗后信号的频域表达式,利用真实谐波点附近的4根最大谱线值确定实际谱线的位置,对该次谐波进行频率、幅值和相位等参数估计。并且通过多项式拟合的方式推导出了4种典型窗函数的修正公式。根据窗函数主瓣内任意相邻谱线相位相差π的规律,提出一种快速算法,计算某次谐波开方计算量仅需要1次,大大节约了计算复杂度和计算时间。仿真实验表明,四谱线插值算法在拟合阶次较低的情况下,不仅可以获得比常用双谱线和三谱线更高的精度,还具有对偶次谐波检测精度远胜于双、三谱线插值算法的优点。

一种基于以太网通信的新型频谱分析仪及其化工设备监测应用

根据化工机械设备的测控和信号处理要求,用以太网通讯对接的两台PC机为硬件平台,以虚拟仪器图形化开发软件LabVIEW为开发平台,设计了一套多功能信号频谱分析仪。在1台PC机上开发了任意信号发生器虚拟仪器(virtual instrument,VI)模块,在另1台PC机上开发了频谱分析仪VI模块。任意信号发生器VI模块生成2路可叠加白噪声的波形信号。频谱分析仪VI模块通过以太网采集任意信号发生器VI模块输出的带噪声的波形信号,对其进行低通滤波、加窗平滑处理,完成波形信号的幅值谱和相位谱分析。在某化工试验车间的化工设备运行稳定性监测应用试验结果表明,该频谱分析仪的各项性能良好。

加窗离散傅里叶变换性能分析和比对

离散傅里叶变换(DFT)是数字信号处理的常用方法,但通过加窗对信号进行时域截短会使频谱分析出现误差。不同窗函数对信号频谱产生的影响不同,对5种常用窗函数的特性进行了比较和适用性分析,通过仿真实验证明了针对不同信号特点和处理要求,应选择合适的窗函数,以减小频谱泄漏和栅栏效应对信号分析的影响。

周期图法功率谱估计中的窗函数分析

在经典谱估计中 ,由 Welch提出的修正周期图法 ,由于其简单 ,易于理解 ,便于计算等优点 ,被广泛应用。本文运用 Matlab工具 ,对修正周期图法功率谱估计进行了仿真与性能分析 ,并重点分析了窗函数对谱估计的影响 ,指出了他的优缺点。

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。

线性调频脉压信号的旁瓣抑制方法

针对线性调频信号脉冲压缩后产生较大距离旁瓣的问题,提出了一种新的组合窗函数的旁瓣抑制方法.将矩形窗与海明窗混合卷积对线性调频脉冲压缩信号进行加窗,再利用切趾技术进行最小值处理;针对小时宽带宽积脉冲压缩信号,加权后,仍不能满足雷达实际工作的要求,采用让输出频谱逼近高性能的凯塞窗的谱修正技术.仿真结果表明,与传统经典加权抑制旁瓣的方法相比,在时宽带宽积相同情况（TB〈100）下,主副瓣比可提高4～12d B,对于雷达工程技术中改进设计具有一定的参考意义.

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。

离散频谱分析比值校正法幅值和相位的抗噪性分析

谐波信号离散频谱分析的比值校正法(内插法)在无噪声时是一种准确的校正方法,只存在计算时的舍入误差,但在包含噪声尤其信噪比较低时,校正精度会有所下降,甚至误差很大。研究了比值校正法的幅值与相位加不同的窗函数及加性高斯白噪声时的统计方差公式,并通过不同信噪比下的仿真验证了其准确性。建议避免在归一化频率误差较低的情况下使用加矩形窗的比值校正法来校正相位。

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。

用DFT分析正弦信号频谱时应注意的几个问题

从 DFT谱失真原因出发 ,分析了信号加窗和 DFT频域采样点数对 DFT谱的影响 ,指出了决定 DFT谱分辨率的主要是信号长度 ,即窗长度 ;在窗长度一定的情况下 ,窗类型也有影响 .而 DFT变换点数则决定 DFT谱与信号的

一种基于Hamming自乘法窗函数和四插值的谐波分析方法

针对谐波分析过程中常规窗函数存在精度不足的问题,提出了一种自乘法窗函数的构造方法,并以Hamming窗函数为例构造出1-9阶乘法窗函数,将这些窗函数应用于四谱线插值谐波分析方法中,仿真实验表明:构造出的自乘法窗函数相对于常规窗函数,在进行插值谐波分析中具有更高的准确度.工程实践中可根据精度需要选择所构造的窗函数阶次.