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专利号: 2020112398975
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:

1.一种双通道多指数衰减正弦信号欠采样方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:步骤一,生成待测MEDS信号:用上位机Labview软件控制NI PXIe‑6363任意波形发生器生成待测信号,待测MEDS信号形式表示为如下形式:其中,K为分量个数,并且K为已知量,ck是复振幅,sk=rk+j2πfk是复频率,rk是阻尼因子,fk是极点频率;

步骤二,模拟预处理过程:采用模拟预处理模块将待测信号分流至两个通道中,模拟预处理模块包括功分器、噪声滤波器和信号放大器;

步骤三,低速ADC采样过程:采用上位机Labview软件控制NI PXI‑6251模块板卡,使用两个AI通道分别对模拟信号进行采样,其中一个通道的采样时钟与另一个通道的采样时钟跳变频率相同,但是上升沿相差一个较小的时间差Te,且满足Te≤1/fmax,fmax表示信号的最大频率,所以该部分称为时钟交错采样系统;

步骤四,运行零化滤波器谱估计算法:在上位机中,首先对采集到的样本进行离散傅立叶变换,从而获取Fourier系数;然后运行谱估计算法,从获取到的Fourier系数中估计出MEDS信号的参数

步骤五,运行复频率联合估计算法,通过参数 采样速率fs,主、次通道采样时钟上升沿相差的时间间隔Te以及N′≥K个连续采样值ze[n′]联合估计出阻尼因子rk以及极点频率fk的估计值 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ze[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所述的一种双通道多指数衰减正弦信号欠采样方法,其特征在于,所述步骤三中,信号采样过程的数学模型描述如下:

3.1,在主采样通道中,信号z(t)根据时钟CLK1被均匀采样,并且采样可表示为如下形式:

其中,K为分量个数,并且K为已知量,ck是复振幅, sk=rk+j2πfk是复频率,rk+

是阻尼因子,fk是极点频率,m∈Z;

3.2,在次采样通道中,信号z(t)根据时钟CLK2被均匀采样,并且采样由下式给出:其中,是复振幅ck的估计值,sk=rk+j2πfk是复频率,rk是阻尼因子,fk是极点频率,Ts+

是采样周期,Te是主、次通道采样时钟上升沿相差的时间间隔,n′∈Z。

3.如权利要求1或2所述的一种双通道多指数衰减正弦信号欠采样方法,其特征在于,所述步骤五的算法过程如下:

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(3)和公式(4)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ze[n′]构建一个N′×1的向量,1≤n′≤K,该向量形式如下:

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(12)得如下不等式:记 公式(13)可转换为:

0≤mk≤(Q‑1)                      (14)+

因为 Q∈Z,则有 如果设置主、次通道采样时钟上升沿相差的时间间隔 则有:

与公式(14)相结合,则有:

0≤mkfsTe<1                     (16)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。