非均匀采样正弦波形失真度的确定方法技术

本发明专利技术属于无线电计量测试技术领域,涉及一种非均匀采样正弦波形失真度的确定方法。其特征在于，波形失真度补偿的步骤如下：整数周期截取；标定采样时刻；确定采样正弦波形的理论函数；非均匀采样序列波形拟合；计算εi的加权值wi；计算加权修正的拟合残差有效值

Determination of distortion degree of sinusoidal wave in non-uniform sampling

The invention belongs to the technical field of radio metering and testing, and relates to a method for determining the distortion of non-uniformly sampled sinusoidal waveform. It is characterized in that the steps of waveform distortion compensation are as follows: integer period interception; calibration of sampling time; determination of theoretical function of sampling sinusoidal waveform; non-uniform sampling sequence waveform fitting; calculation of weighted value wi of epsilon i; calculation of weighted correction of fitting residual effective value

【技术实现步骤摘要】
非均匀采样正弦波形失真度的确定方法
本专利技术属于无线电计量测试
,涉及一种非均匀采样正弦波形失真度的确定方法。
技术介绍
有许多物理现象可以最终归结为正弦现象，例如振动、摆动、波动，涉及到声、光、电、无线电、力等众多学科领域物理量的信号波形，因而正弦波形是计量测试中常用的基本信号波形，在无线电测量、振动测量、声学计量、电学计量、力学计量中均有应用。理想的正弦波形是符合数学关系表述的二维信号波形，通常一个维度是均匀流逝的时间量，而另一维度为瞬时变化的幅度信息。实际测量过程中所涉及到的正弦波形，均是含有噪声和失真的非理想波形，因而，有关正弦波失真度的测量评价成为正弦波形参量评价中的一个基本问题，失真度测量的意义和价值，不仅仅体现在失真度本身，更在于它会影响幅度、频率、相位、直流分量等另外几个正弦波形参量的测量准确度。通常的正弦波形失真度测量有频域法和时域法两种。频域法是建立在理想的正弦波形曲线在频域是一条单一的频率谱的基础上，对所测量的正弦波形进行频域分解，将基波以外的所有频谱分量皆归结为失真，从而获得正弦波形的失真度。时域法通常是在时域对正弦波形测量序列进行最小二乘拟合，将拟合残差归结为失真，从而获得正弦波形的失真度。以上方法仅仅局限于均匀采样的技术条件下，失真也是连续波形的情况。此时，只要量化误差足够小、采样间隔足够细密，从原理上就可以获得接近于定义的正弦波形失真。参见图1至图3，高速采样技术的发展，使得用多个低速A/D“拼接”成单个高速A/D技术逐渐成熟并广泛应用，使得高速采样系统可以获得几乎任意高的实时采样速率，而目前的绝大多数高速采样系统均使用了合成A/D技术。图2采用并行合成A/D技术，图3采用串行合成A/D技术，图1是上述两种合成A/D技术的典型采样序列的示意图。其缺点是：由于拼接不完善导致的非均匀采样效应出现，使得采样序列的失真增大，用其进行正弦波形失真度分析遇到了困难。由此可见，当正弦波采样序列为非均匀采样序列时，使用以均匀采样为前提条件的频域分析方法便无法再用了，若强行使用，会带来具有不确定性的方法误差，甚至给出错误结果。而以均匀采样为前提的时域最优估计方式也将无法直接使用，由于失真在时域表现并非是“均匀”分布的，直接使用最优估计方法带来的失真测量结果也将受采样均匀程度的影响而与失真定义存在差异，从而不能进行测量应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是：提出一种非均匀采样正弦波形失真度的确定方法，以便消除由于拼接不完善导致的非均匀采样效应造成的采样序列的失真增大，保证正弦波形失真度分析的准确度。本专利技术的技术方案是：非均匀采样正弦波形失真度的确定方法，通过非均匀采样采集实际正弦波采样序列yi，实际正弦波采样序列yi中每个采样值的设定采样时刻为ti；其特征在于，波形失真度补偿的步骤如下：1、整数周期截取：将实际正弦波采样序列yi进行数据序列截取，使其恰好含有整数个正弦周期，i是采样值的序列号，i＝0,1,…,n-1；2、标定采样时刻：对截取后的实际正弦波采样序列yi中的每个采样值的设定采样时刻ti进行精确标定，即：用实测采样时刻t′i取代每个采样值的设定采样时刻ti；将不含有实测采样时刻的实际采样序列yi转化成同时含有幅度信息和实测采样时刻的双坐标采样序列(yi,t′i)；3、确定采样正弦波形的理论函数：采样正弦波形的理论函数为：y(t)＝Ecos(2πft+Φ)+Q[1]式中，E是正弦波形幅度；Φ是初始相位角；f为正弦波形频率；Q是叠加到正弦波形信号上的直流分量4、非均匀采样序列波形拟合：使用同时含有幅度信息和实测采样时刻的双坐标采样序列(yi,t′i)进行正弦曲线拟合，使公式[2]所述残差平方和ε最小，获得采样正弦波形的包括幅度、频率、相位、直流分量及拟合回归残差；式中，A为正弦波形幅度E的拟合值，f为正弦波形频率拟合值，θ为正弦波形初始相位角Φ的拟合值，C为叠加到正弦波形信号上的直流分量Q的拟合值；由式[2]的ε最小，获得拟合函数拟合残差有效值ρ为：拟合残差εi为：至此，获得拟合参数A、f、θ、C，得到正弦波形周期为T＝1/f；5、计算εi的加权值wi：依照实际正弦波采样序列yi中每个采样点所在实测采样时刻t′i的前后采样时刻差，按照下式计算出该采样点的加权值wi；6、计算加权修正的拟合残差有效值7、计算非均匀采样正弦波形失真度η：至此，完成非均匀采样正弦波形失真度的确定。本专利技术的优点是：提出了一种非均匀采样正弦波形失真度的确定方法，能够消除由于拼接不完善导致的非均匀采样效应造成的采样序列的失真增大，保证了正弦波形失真度分析的准确性。附图说明图1是合成A/D技术的典型采样序列的示意图。图2是并行合成A/D技术的原理示意图。由于各个延迟环节的非线性规律将产生周期性非均匀采样结果。图3是串行合成A/D技术的原理示意图。由于各个延迟环节的不均匀规律将产生随机性非均匀采样结果。具体实施方式下面对本专利技术做进一步详细说明。参见图1至图3，非均匀采样正弦波形失真度的确定方法，通过非均匀采样采集实际正弦波采样序列yi，实际正弦波采样序列yi中每个采样值的设定采样时刻为ti；其特征在于，波形失真度补偿的步骤如下：1、整数周期截取：将实际正弦波采样序列yi进行数据序列截取，使其恰好含有整数个正弦周期，i是采样值的序列号，i＝0,1,…,n-1；2、标定采样时刻：对截取后的实际正弦波采样序列yi中的每个采样值的设定采样时刻ti进行精确标定，即：用实测采样时刻t′i取代每个采样值的设定采样时刻ti；将不含有实测采样时刻的实际采样序列yi转化成同时含有幅度信息和实测采样时刻的双坐标采样序列(yi,t′i)；3、确定采样正弦波形的理论函数：采样正弦波形的理论函数为：y(t)＝Ecos(2πft+Φ)+Q[1]式中，E是正弦波形幅度；Φ是初始相位角；f为正弦波形频率；Q是叠加到正弦波形信号上的直流分量4、非均匀采样序列波形拟合：使用同时含有幅度信息和实测采样时刻的双坐标采样序列(yi,t′i)进行正弦曲线拟合，使公式[2]所述残差平方和ε最小，获得采样正弦波形的包括幅度、频率、相位、直流分量及拟合回归残差；式中，A为正弦波形幅度E的拟合值，f为正弦波形频率拟合值，θ为正弦波形初始相位角Φ的拟合值，C为叠加到正弦波形信号上的直流分量Q的拟合值；由式[2]的ε最小，获得拟合函数拟合残差有效值ρ为：拟合残差εi为：至此，获得拟合参数A、f、θ、C，得到正弦波形周期为T＝1/f；5、计算εi的加权值wi：依照实际正弦波采样序列yi中每个采样点所在实测采样时刻t′i的前后采样时刻差，按照下式计算出该采样点的加权值wi；6、计算加权修正的拟合残差有效值7、计算非均匀采样正弦波形失真度η：至此，完成非均匀采样正弦波形失真度的确定。本专利技术的工作原理是：针对非均匀采样序列波形，以与相邻点采样间隔在总采样长度中所占比重作为该点拟合残差在总波形失真中所占比重的加权值，由此计算非均匀采样波形序列的总失真度。技术过程如下：针对非均匀采样正弦波形序列，首先，对其实际采样相对时刻进行标定，形成如图1所示的同时包含幅度和时刻信息的非均匀采样序列；其次，进行整数波形周期的截取，形成图1所示的包含整数个波形周期的非均匀采样序列；然后，对该本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.非均匀采样正弦波形失真度的确定方法，通过非均匀采样采集实际正弦波采样序列yi，实际正弦波采样序列yi中每个采样值的设定采样时刻为ti；其特征在于，波形失真度补偿的步骤如下：1.1、整数周期截取：将实际正弦波采样序列yi进行数据序列截取，使其恰好含有整数个正弦周期，i是采样值的序列号，i＝0,1,…,n‑1；1.2、标定采样时刻：对截取后的实际正弦波采样序列yi中的每个采样值的设定采样时刻ti进行精确标定，即：用实测采样时刻ti′取代每个采样值的设定采样时刻ti；将不含有实测采样时刻的实际采样序列yi转化成同时含有幅度信息和实测采样时刻的双坐标采样序列(yi,ti′)；1.3、确定采样正弦波形的理论函数：采样正弦波形的理论函数为：y(t)＝Ecos(2πft+Φ)+Q  [1]式中，E是正弦波形幅度；Φ是初始相位角；f为正弦波形频率；Q是叠加到正弦波形信号上的直流分量1.4、非均匀采样序列波形拟合：使用同时含有幅度信息和实测采样时刻的双坐标采样序列(yi,ti′)进行正弦曲线拟合，使公式[2]所述残差平方和ε最小，获得采样正弦波形的包括幅度、频率、相位、直流分量及拟合回归残差；

【技术特征摘要】
1.非均匀采样正弦波形失真度的确定方法，通过非均匀采样采集实际正弦波采样序列yi，实际正弦波采样序列yi中每个采样值的设定采样时刻为ti；其特征在于，波形失真度补偿的步骤如下：1.1、整数周期截取：将实际正弦波采样序列yi进行数据序列截取，使其恰好含有整数个正弦周期，i是采样值的序列号，i＝0,1,…,n-1；1.2、标定采样时刻：对截取后的实际正弦波采样序列yi中的每个采样值的设定采样时刻ti进行精确标定，即：用实测采样时刻ti′取代每个采样值的设定采样时刻ti；将不含有实测采样时刻的实际采样序列yi转化成同时含有幅度信息和实测采样时刻的双坐标采样序列(yi,ti′)；1.3、确定采样正弦波形的理论函数：采样正弦波形的理论函数为：y(t)＝Ecos(2πft+Φ)+Q[1]式中，E是正弦波形幅度；Φ是初始相位角；f为正弦波形频率；Q是叠加到正弦波形...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁志国，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11