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专利号: 202011238816X
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种非理想多指数衰减正弦信号的欠Nyquist采样与参数测量方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:

步骤一,初始化生成MEDS信号,信号形式如下:其中,ck,k=1,2,…K是复振幅,并且分量个数K未知,sk=rk+j2πfk是复频率,rk是阻尼因子,fk是极点频率,σ(t)是模型匹配误差信号,然后将该信号分流到2条并行的采样通道中,分流所到达的两个通道各有一个采样时钟CLK1和CLK2,这两个通道的采样速率相同,CLK1和CLK2的上升沿之间的时间延迟Te小于或等于Nyquist采样间隔,即Te≤1/fmax,fmax表示信号的最大频率,从而形成了采样时钟交错;

步骤二,第一条通道采样:在第一条采样通道中,信号x(t)根据时钟CLK1被均匀采样,并且采样由下式给出:

其中,K为未知的分量个数,ck表示复振幅, sk=rk+j2πfk表示复频率,rk表示+

阻尼因子,fk表示极点频率,m∈Z,σ[n]表示σ(t)被时钟CLK1采样后的样本值;

步骤三,运行振幅和分量个数最优估计算法,由于分量个数K未知且模型匹配误差σ(t)≠0,通过最小化σ(t)的能量来找到最优的分量K和最优的参数步骤四,第二条通道采样:在第二条采样通道中,待测MEDS信号 由时钟CLK2均匀采样,并且采样公式如下:其中, 为复振幅ck的估计值,sk=rk+j2πfk为复频率,rk为阻尼因子,fk为极点频率,Ts+

为采样周期,Te为CLK1和CLK2的上升沿之间的时间延迟,n′∈Z;

步骤五,运行复频率的联合估计算法:输入为参数 采样速率fs、交错时间Te以及N′≥K个连续采样值xe[n′],输出为阻尼因子rk和极点频率fk的估计值

2.如权利要求1所述的非理想多指数衰减正弦信号的欠Nyquist采样与参数测量方法,其特征在于,所述步骤三中,算法过程的数学模型描述如下:

3.1,建立优化模型,优化模型表示如下:由于 公式(3)转换为:

3.2,优化模型离散化,令t=n/fs, 公式(4)离散为如下形式:其中,

是指优化对象函数;

3.3,用频谱估计法求解 对 进行初始化,通过求解公式三将P0优化至Popt,然后通过最小化公式(6)所表示的优化对象函数就得到最优的分量个数K和最优参数

3.如权利要求1或2所述的非理想多指数衰减正弦信号的欠Nyquist采样与参数测量方法,其特征在于,所述步骤五中,算法过程如下:

5.1,估计阻尼因子rk,阻尼因子rk可以很容易地从 中估算出来,估算过程如下:由与sk=rk+j2πfk得

则得阻尼因子rk的估计值如下式:同时得到极点频率fk的估计值如下式:其中,∠(·)表示(·)的幅角主值,且0≤∠(·)<2π;

5.2,由公式(7)和公式(8)得其中, 是已知的, 是未知的;

5.3,求解bk的估计值,利用N′≥K个连续采样值xe[n′](1≤n′≤K)构建一个N′×1的向量,该向量形式如下:

T

xe=[xe[0],xe[1],…,xe[N′‑1]]                  (12)利用 的幅角主值创建一个K×N′的范德蒙矩阵,该矩阵形式如下:利用 和 的幅角主值创建一个N′×K的对角矩阵通过求解 得到系数矩阵

5.4,求解极点频率fk的估计值,由于三角函数的周期性,估计的归一化频率 与的参数相差2πmk,即:

其中,∠(·)是(·)的幅角主值,0≤∠(·)<2π,mk∈Z,k∈{1,2,…,K},因为fmax表示信号的最大频率,得到如下不等式:进一步化简公式(16)得如下不等式:记 公式(17)转换为:

0≤mk≤(Q‑1)                           (18)+

因为 Q∈Z ,则有 如果我设置主、次通道采样时钟上升沿相差的时间间隔 则有:

与公式(18)相结合,则有:

0≤mkfsTe<1                              (20)所以对于 mk有唯一解,其解如下式:其中, 极点频率fk的估计值由 唯一确定。