對(duì)密集頻譜進(jìn)行快速高精度細(xì)化校正的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)屬于頻域信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種對(duì)密集頻譜進(jìn)行快速高精度細(xì)化校正的頻譜處理方法。主要解決現(xiàn)有方法對(duì)密集頻譜進(jìn)行校正時(shí)存在的實(shí)時(shí)性差和精度不高的問(wèn)題。該發(fā)明專利技術(shù)在進(jìn)行頻譜細(xì)化校正時(shí)，首先基于CZT頻譜細(xì)化原理，在給定路徑的情況下，通過(guò)頻段的選擇對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行Z變換，通過(guò)調(diào)整輸入輸出點(diǎn)數(shù)的方法，達(dá)到頻譜細(xì)化的目的；由于細(xì)化之后的頻譜存在泄漏，再基于全相位相位差頻譜校正法利用其優(yōu)良的抑制頻譜泄漏的特性，對(duì)細(xì)化結(jié)果進(jìn)行校正。本發(fā)明專利技術(shù)具有處理過(guò)程簡(jiǎn)單、細(xì)化倍數(shù)選擇靈活、運(yùn)算精度高，速度快的特點(diǎn)，適用于進(jìn)行密集頻譜的快速高精度細(xì)化校正。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于頻域信號(hào)處理
，具體涉及一種對(duì)密集頻譜進(jìn)行快速高精度細(xì)化校正的頻譜處理方法。
技術(shù)介紹
由于復(fù)雜結(jié)構(gòu)齒輪系統(tǒng)振動(dòng)在電流信號(hào)中信息集成度高，存在有大量齒輪軸頻率及諧波、齒輪嚙合頻率及諧波，以及其復(fù)雜調(diào)制表現(xiàn)，電流特征成分異常復(fù)雜，即使在解調(diào)情況下提取出的單頻分量也會(huì)受到噪聲干擾，直接從頻譜上提取帶來(lái)了困難。為了滿足齒輪的電流譜分析要求，必須要求電流譜既要有高的頻率分辨率，又要有較寬的頻率范圍。1999年，謝明、丁康等根據(jù)單頻率信號(hào)窗譜主瓣內(nèi)的譜線在復(fù)平面內(nèi)共線的特點(diǎn)，在比值法基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)值搜索兩個(gè)頻率分量在復(fù)平面上的方位角將兩個(gè)密集頻率分開(kāi)，達(dá)到了校正和識(shí)別的效果。Sarkar等提出了交叉CZT(Interlaced?chirp?Z?transform)方法，提高了CZT算法的效率，加快了計(jì)算速度。2007年，段虎明等提出頻率抽取校正法，通過(guò)從原始時(shí)域序列中不斷抽取諧波分量的方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行校正。從以上研究來(lái)看，密集頻率的校正也只限于兩個(gè)臨近頻率成分的校正，未能深入到連續(xù)頻率成分頻譜的誤差和校正方法的研究。眾多學(xué)者研究的頻譜細(xì)化方法都建立在采樣點(diǎn)數(shù)增加的情況下，在很多客觀條件限制的情況下常常不可行，因此，具有密集頻譜的頻譜校正問(wèn)題仍是目前頻譜校正技術(shù)最難解決的問(wèn)題之一。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于，為避免現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種快速高精度頻譜細(xì)化校正方法方法。針對(duì)復(fù)雜環(huán)境下進(jìn)行密集頻譜細(xì)化校正過(guò)程中的實(shí)時(shí)性和精度問(wèn)題，以實(shí)現(xiàn)快速、高精度頻譜細(xì)化校正為研究目的，提供了一種快速高精度頻譜細(xì)化校正方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采取的技術(shù)方案為：一種對(duì)密集頻譜進(jìn)行快速高精度細(xì)化校正的方法，包括以下步驟：(1)確定細(xì)化頻帶和輸出點(diǎn)數(shù)；(2)將細(xì)化頻帶轉(zhuǎn)換為單位圓上的一段圓弧，確定線性調(diào)頻Z變換的路徑，確定起點(diǎn)、終點(diǎn)和間隔點(diǎn)的位置；(3)在給定的路徑上，對(duì)信號(hào)進(jìn)行線性調(diào)頻Z變換。(4)根據(jù)細(xì)化頻段內(nèi)頻率點(diǎn)位置和線性調(diào)頻Z變換(CZT)的結(jié)果，得到相應(yīng)的細(xì)化譜；(5)構(gòu)成一個(gè)N點(diǎn)的漢寧窗；(6)漢寧窗對(duì)自己求卷積，得到2N-1點(diǎn)的卷積窗；(7)全相位法預(yù)處理；(8)對(duì)細(xì)化后的頻譜采用全相位相位差法進(jìn)行頻譜校正。所述的對(duì)密集頻譜進(jìn)行快速高精度細(xì)化校正的方法，所述的步驟(2)包括如下步驟：(21).已知信號(hào)x(n)，其Z變換的定義為：X(z)=Σn=0∞x(n)z-n---(1)]]>式中：x(n)為采集的信號(hào)序列。s為拉普拉斯變量，為實(shí)數(shù)，圓頻率ω＝ΩTs為一角度：(22).令zr＝AW-r，式中則zr=A0ejθ0W0-rehκ0r,]]>式中：A0、W0為任意的正實(shí)數(shù)。這樣，給定A0、W0、θ0、當(dāng)r＝0，1，…，∞時(shí)，可得到在z平面上的點(diǎn)z0，z1，…，z∞，取這些點(diǎn)上的Z變換，有：X(zr)=Σn=0∞x(n)zr-n=Σn=0∞x(n)A-nWnr---(2):]]>(23).由于nr＝[r2+n2-(r-n)2]/2，式(2)又可寫(xiě)成：X(zr)=Σn=0∞x(n)A-nWr2/2Wn2/2W-(r-n)2/2=Wr2/2Σn=0∞g(n)h(r-n)=Wr2/2[g(r)*h(r)]=Wr2/2y(r)---(3)]]>式中：g(n)=x(n)A-nWn2/2---(4)]]>h(n)=W-n2/2---(5)]]>y(r)＝g(r)*h(r)????(6)(24).當(dāng)圓弧半徑r＝0時(shí)，該點(diǎn)在z平面上的幅度為A0，幅角為θ0。當(dāng)r＝1時(shí)，幅度變?yōu)榉亲優(yōu)榧丛讦?的基礎(chǔ)上有增量不難想象，當(dāng)輸入x(n)為N點(diǎn)序列，輸出X(zr)為M點(diǎn)序列時(shí)，隨著r的變化，點(diǎn)z0,z1,…,zM-1就構(gòu)成了CZT變換的路徑，為一條螺旋線；(25).頻率軸上0～fs/2對(duì)應(yīng)單位圓上幅角0～π?rad，因此假定欲細(xì)化的頻帶為0≤f1＜f2≤fs/2，且有M條獨(dú)立譜線，則對(duì)應(yīng)單位圓上幅角范圍為2πf1/fs～2πf2/fs，圓弧上也有M點(diǎn)取值；為此CZT的路徑為單位圓上的起點(diǎn)為終點(diǎn)為zM-1=ej2πf2/fs,]]>間隔為Δz=ej2π(f2-f1)/[(M-1)fs]]]>的一段圓弧。所述的對(duì)密集頻譜進(jìn)行快速高精度細(xì)化校正的方法，所述的步驟(3)包括有如下步驟：(31).按所述步驟23中式4計(jì)算出g(n)，n＝0，1，…，N-1，然后在g(n)后補(bǔ)零，使之長(zhǎng)度為L(zhǎng)，在保證L≥N+M-1的條件下，取L為2的整數(shù)次冪，這樣得到新序列g(shù)′(n)=g(n),0≤n≤N-10,N≤n≤L-1---(7)]]>(32).按所述步驟23中式5計(jì)算出h(n)，也將其轉(zhuǎn)換成一個(gè)L點(diǎn)的新序列h′(n)=h(n),0≤n≤M-10,M≤n≤L-Nh(L-n),L-N+1≤n≤L-1---(8)]]>(33).求h'(n)、g'(n)的DFT(離散傅里葉變換)，得H'(k)、G‘(k)，它們都是L點(diǎn)序列；(34).令Y'(k)＝H'(k)G'(k)，并求Y′(k)的IDFT(離散傅里葉反變換)，得y(r)；(35).取y(r)中的前M個(gè)點(diǎn)，并同相乘，即可得最后的輸出X(zr)，r＝0，1，…，M-1。所述的對(duì)密集頻譜進(jìn)行快速高精度細(xì)化校正的方法，所述的步驟(4)包括有如下步驟：(41).對(duì)于N點(diǎn)輸入序列x(n)，其采樣頻率為fs，為了得到x(n)的頻譜，CZT在單位圓上實(shí)現(xiàn)，因此A0、W0都應(yīng)取為1；(42).得到利用CZT實(shí)現(xiàn)頻譜細(xì)化的計(jì)算條件：A0＝W0＝1，θ0＝2πf1/fs，(43).直接利用DFT計(jì)算x(n)的頻譜時(shí)，在0～fs/2的頻率范圍內(nèi)會(huì)有N/2條獨(dú)立譜線，頻率分辨率Δf＝fs/N；(44).利用CZT經(jīng)過(guò)細(xì)化后，在f1～f2的頻率范圍內(nèi)會(huì)有M條獨(dú)立譜線，頻率分辨率為Δf＝(f2-f1)/(M-1)。所述的對(duì)密集頻譜進(jìn)行快速高精度細(xì)化校正的方法，所述的步驟(7)包括有如下步驟：(71).求2N-1點(diǎn)的卷積窗的和；(72).將卷積窗的每一項(xiàng)除以卷積窗的和，得到2N-1點(diǎn)的歸一化卷積窗；(73).將數(shù)據(jù)的1：2N-1項(xiàng)和歸一化卷積窗相乘，得到加窗的2N-1項(xiàng)；(74).將第1項(xiàng)和N+1項(xiàng)，第2項(xiàng)和N+2項(xiàng)...第N-1項(xiàng)和第2N-1項(xiàng)相加，得到經(jīng)過(guò)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種對(duì)密集頻譜進(jìn)行快速高精度細(xì)化校正的方法，包括以下步驟：(1)確定細(xì)化頻帶和輸出點(diǎn)數(shù)；(2)將細(xì)化頻帶轉(zhuǎn)換為單位圓上的一段圓弧，確定線性調(diào)頻Z變換的路徑，確定起點(diǎn)、終點(diǎn)和間隔點(diǎn)的位置；(3)在給定的路徑上，對(duì)信號(hào)進(jìn)行線性調(diào)頻Z變換；(4)根據(jù)細(xì)化頻段內(nèi)頻率點(diǎn)位置和線性調(diào)頻Z變換(CZT)的結(jié)果，得到相應(yīng)的細(xì)化譜；(5)構(gòu)成一個(gè)N點(diǎn)的漢寧窗；(6)漢寧窗對(duì)自己求卷積，得到2N?1點(diǎn)的卷積窗；(7)全相位法預(yù)處理；(8)對(duì)細(xì)化后的頻譜采用全相位相位差法進(jìn)行頻譜校正。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種對(duì)密集頻譜進(jìn)行快速高精度細(xì)化校正的方法，包括以下步驟：
(1)確定細(xì)化頻帶和輸出點(diǎn)數(shù)；
(2)將細(xì)化頻帶轉(zhuǎn)換為單位圓上的一段圓弧，確定線性調(diào)頻Z變換的路徑，確定起點(diǎn)、終點(diǎn)
和間隔點(diǎn)的位置；
(3)在給定的路徑上，對(duì)信號(hào)進(jìn)行線性調(diào)頻Z變換；
(4)根據(jù)細(xì)化頻段內(nèi)頻率點(diǎn)位置和線性調(diào)頻Z變換(CZT)的結(jié)果，得到相應(yīng)的細(xì)化譜；
(5)構(gòu)成一個(gè)N點(diǎn)的漢寧窗；
(6)漢寧窗對(duì)自己求卷積，得到2N-1點(diǎn)的卷積窗；
(7)全相位法預(yù)處理；
(8)對(duì)細(xì)化后的頻譜采用全相位相位差法進(jìn)行頻譜校正。
2.如權(quán)利要求1所述的對(duì)密集頻譜進(jìn)行快速高精度細(xì)化校正的方法，其特征在于所述的步驟
(2)包括如下步驟：
(21).已知信號(hào)x(n)，其Z變換的定義為：
X(z)=Σn=0∞x(n)z-n---(1)]]>式中：x(n)為采集的信號(hào)序列；s為拉普拉斯變量，
為實(shí)數(shù)，圓頻率ω＝ΩTs為一角度：
(22).令zr＝AW-r，式中則式中：A0、
W0為任意的正實(shí)數(shù)。這樣，給定A0、W0、θ0、當(dāng)r＝0，1，…，∞時(shí)，可得到在z平面
上的點(diǎn)z0，z1，...，z∞，取這些點(diǎn)上的Z變換，有：
X(zr)=Σn=0∞x(n)zr-n=Σn=0∞x(n)A-nWnr---(2)]]>(23).由于nr＝[r2+n2-(r-n)2]/2，式(2)又可寫(xiě)成：
X(zr)=Σn=0∞x(n)A-nWr2/2Wn2/2W-(r-n)2/2=Wr2/2Σn=0∞g(n)h(r-n)=Wr2/2[g(r)*h(r)]=Wr2/2y(r)---(3)]]>式中：g(n)=x(n)A-nWn2/2---(4)]]>h(n)=W-n2/2---(5)]]>y(r)＝g(r)*h(r)???????????????????????????(6)
(24).當(dāng)圓弧半徑r＝0時(shí)，該點(diǎn)在z平面上的幅度為A0，幅角為θ0。當(dāng)
r＝1時(shí)，幅度變?yōu)榉亲優(yōu)榧丛讦?的基礎(chǔ)上有增量
不難想象，當(dāng)輸入x(n)為N點(diǎn)序列，輸出X(zr)為M點(diǎn)序列時(shí)，隨著r的變化，點(diǎn)
z0,z1,...,zM-1就構(gòu)成了CZT變換的路徑，為一條螺旋線；
(25).頻率軸上0～fs/2對(duì)應(yīng)單位圓上幅角0～πrad，因此假定欲細(xì)化的頻帶為
0≤f1＜f2≤fs/2，且有M條獨(dú)立譜線，則對(duì)應(yīng)單位圓上幅角范圍為2πf1/fs～2πf2/fs，
圓弧上也有M點(diǎn)取值；為此CZT的路徑為單位圓上的起點(diǎn)為終點(diǎn)為
zM-1=ej2πf2/fs,]]>間隔為Δz=ej2π(f2-f1)/[(M-1)fs]]]>的一段圓弧。
3.如權(quán)利要求1所述的對(duì)密集頻譜進(jìn)行快速高精度細(xì)化校正的方法，其特征在于所述的步驟
(3)包括有如下步驟：
(31).按所述步驟(23)中式4計(jì)算出g(n)，n＝0，1，…，N-...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王季，韓少平，雷小亞，李貴子，朱琳，柴世文，賈德強(qiáng)，梁軍戰(zhàn)，朱月紅，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：甘肅省機(jī)械科學(xué)研究院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：甘肅;62