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专利号: 2021101035008
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:

1.一种基于双通道欠采样的非理想多阻尼谐波信号参数测量方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:

步骤一,初始化生成非理想MEDS信号,信号具有如下形式:其中,t∈(0,T),ck(k=1,2,…K)是复振幅,sk=rk+j2πfk是复频率,k=1,2,…K,rk是阻尼因子,fk是极点频率,K为未知的频率分量个数,σ(t)是模型匹配误差信号,由于真实信号与MEDS信号不能完全匹配,在模型中引入了模型匹配误差信号σ(t);

步骤二,控制信号控制开关,从而将MEDS信号进行分流,首先通过控制信号将控制开关拨置主采样通道所在支路,此时,主采样通道对所得分流MEDS信号进行采样,然后再通过控制信号将控制开关拨置副采样通道所在支路,此时,副采样通道对所得分流MEDS信号进行采样;

步骤三,控制信号将开关拨置主采样通道所在支路,主采样通道对所得分流MEDS信号进行采样,采样时钟CLK1对分流信号进行均匀采样,采样率为fs,采样值表示如下: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;

步骤四,建立优化模型,降低模型匹配误差的影响,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和最优的参数步骤五,将采样值x[n]输入到振幅和频率分量个数的最优估计算法,从而得到最优的K及 P(P≤K)表示超过阈值的有效估计值 的个数;

步骤六,将参数估计值 输入到反馈采样速率生成器模块,计算副采样通道的采样速率f′s,且f′s满足下式:其中, a,b∈{0,1,…,K‑1},m∈{‑(2Q‑

2),‑(2Q‑3),…,2Q‑2}, fs是采样速率,0<fs<fmax,fmax为信号频率上限,当采样值被噪声干扰时,为了提高方法的鲁棒性,反馈采样速率生成器模块产生的采样速率f′s需要满足下式:

其中,rem{(·),1}表示(·)除以1后的余数,ε表示由噪声强度决定的一个阈值;

步骤七,控制信号将开关拨置副采样通道,副采样通道对所得分流信号进行采样,采样时钟CLK2对信号进行均匀采样,采样率为f′s,采样值表示如下:其中,c′k为复振幅, T′s=1/f′s为采样周期,σ[n′]=σ[n′T′s]为模型匹配误差信号的采样值,n′=0,1,…,N′‑1,然后运行振幅和频率分量个数的最优估计算法,采样值x′[n′]经过该算法,得到估计值步骤八,将参数估计值 和 输入到联合估计参数算法中,复频率和复振幅用 和 联合估计得到。

2.如权利要求1所述的基于双通道欠采样的非理想多阻尼谐波信号参数测量方法,其特征在于,所述步骤四的过程如下:步骤4.1,建立的优化模型表示如下:由于 (3)转换为:

步骤4.2,由于输入的非理想MEDS信号x(t)是未知的,即公式(4)无法求解,用(2)所得采样值代替x(t),则(4)转化为下式:其中, 频率分量个数K和参数 均为未知量,则(5)用下式描述:其中,

(7)称为优化目标函数。

3.如权利要求1或2所述的基于双通道欠采样的非理想多阻尼谐波信号参数测量方法,其特征在于,所述步骤五的过程如下:步骤5.1,初始化,首先,从参数测量系统中获取采样值x[n](n=0,1,…,N‑1),设置频率分量个数K′=0,设置最佳的频率分量个数为K=0,设置估计参数为Pbest,设置公式(7)的最佳值为fbest;

步骤5.2,更新频率分量个数K′=K′+1;

步骤5.3,用采样值x[n]以及谱估计法求解(2),将估计参数 作为下一步的初始位;

步骤5.4,用所提优化算法来求解(6)的优化问题,设Popt是全局最优位置;

步骤5.5,更新最优解

步骤5.6,输出结果,如果 输出即为最优解,否则,返回步骤5.3,重复上述步骤。

4.如权利要求1或2所述的基于双通道欠采样的非理想多阻尼谐波信号参数测量方法,其特征在于,所述步骤八的过程如下:步骤8.1,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:

进而得到下式:

其中,∠(·)是复数(·)的幅角主值,0≤∠(·)<2π,mk∈Z,k∈{1,2,…,K},因为fmax为该MEDS信号的频率上限,得到下式:记 那么(13)表示为下式:

0≤mk≤(Q‑1)            (14)步骤8.2,根据(12),从 的幅角主值中得到频率参数解集F并表示为如下形式:其中,fs是主采样通道的采样速率,∠(·)是复数(·)的幅角主值,0≤∠(·)<2π,mp∈Z,‑(Q‑1)≤nk≤Q‑1,nk∈Z,因此,真实频率 同时,得到阻尼因子的估计值为:步骤8.3,在副采样通道中,根据(12),从 的幅角主值中得到频率参数解集F′并表示为如下形式:

其中,fs′是副采样通道的采样速率,∠(·)是复数(·)的幅角主值,0≤∠(·)<2π,m′p′∈Z,‑(Q′‑1)≤n′k≤Q′‑1,n′k∈Z,因此,真实频率 同时,得到阻尼因子的估计值为:

至此,得到频率参数如下式所示:以及阻尼因子参数如下式所示:

从而得到复频率sk如下式所示:步骤8.4,一旦求得频率 计算出参数 和 首先,通过选出和 中相同的元素来确定参数 假设其他元素为 和那么,参数 和 分别从集合 和中获取,因此,参数ck估计为下式: