频率失配条件下的自适应无偏相位差估计方法技术

本发明专利技术涉及信号处理领域，特别是一种频率失配条件下的自适应无偏相位差估计方法。本发明专利技术的适用对象为任意两路同频余弦信号的相位差测量。本发明专利技术包括以下步骤：首先，获得两路信号的频率估计值，构建频率信号对两路余弦信号进行估计，并生成两路误差信号；然后，利用两路误差信号对两路余弦信号参数进行自适应估计，获得参数估计值；最后，利用得到的两路余弦信号参数估计值计算两路余弦信号的相位差。本发明专利技术涉及的相位差测量方法结构简单，操作性强，具备更好的抗噪性能，能获得无偏的相位差估计结果，可有效克服信号频率失配对相位差测量造成的影响。

Adaptive unbiased phase difference estimation method under frequency mismatch

The invention relates to the field of signal processing, in particular to an adaptive unbiased phase difference estimation method under frequency mismatching conditions. The object of the present invention is the phase difference measurement of any two frequency cosine signals. The invention comprises the following steps: firstly, obtaining two signal frequency estimation, to estimate the construction of two cosine signal frequency signal, and generates two error signal; then, adaptive parameter estimation of two cosine signal by two error signal obtained parameter estimates; finally, the parameters of the estimated value of two cosine signal two phase cosine signal difference calculation. The present invention relates to phase difference measurement method has the advantages of simple structure, strong operability and has better anti noise performance, can obtain the phase difference of unbiased estimation results, which can effectively overcome the influence of signal frequency mismatch caused by phase difference measurement.

【技术实现步骤摘要】
频率失配条件下的自适应无偏相位差估计方法
本专利技术涉及信号处理领域，特别是一种针对两路同频余弦信号，在频率失配条件下的自适应无偏相位差估计方法。
技术介绍
相位差的估计方法在电力系统、智能仪表、故障诊断，电子通讯等领域有着较为广泛的应用.例如，在油气储运工程中得到广泛应用的科里奥利质量流量计，其所测量流体的质量流量就依赖于两路余弦信号的相位差测量精度；又如，在电力系统中功率因素的确定，就取决于电压与电流相位差的估计值。因此，实现对相位差的高精度测量显得尤其重要。现有的相位差估计方法，主要有以下几种方法：(1)基于DFT和DTFT的相位差估计方法(参考文献[1]：涂亚庆，李明，沈廷鳌，等.计及负频率的DFT与DTFT相位差测量误差分析[J].振动与冲击，2015，34(20)：85-91.参考文献[2]：沈廷鳌，涂亚庆，张海涛，等.基于矩形双窗的滑动DTFT高精度相位差测量算法[J].中南大学学报(自然科学版)，2015，46(2)：554-560.)：此类相位差估计方法精度与采样数据点数、信号噪声和频率失配有关。点数越多精度越高，但造成计算量偏大，实时性不高，实际应用受限。且受信号噪声和频率失配影响，导致该方法存在影响因素过多，计算复杂的问题。(2)基于数字相关的相位差测量方法(参考文献[3]：涂亚庆，沈廷螯，李明，张海涛.基于多次互相关的非整周期信号相位差测量算法[J].仪器仪表学报，2014，35(7)：1578-1585.参考文献[4]：ShenY，TuY.Correlationtheory-basedsignalprocessingmethodforCMFsignals[J].MeasurementScience&Technology，2016，27(6)：065006.)：此类相关法在信号实行严格整周期采样的条件下，可以取得相位差的准确测量，但由于信号噪声和频率失配的影响，往往不能实现信号的整周期采样，导致在非整周期采样条件下相位差测量精度下降，存在较大的估计误差。(3)基于LMS的自适应相位差方法(参考文献[5]：杨辉跃，涂亚庆，张海涛，等.一种基于LMS的振动信号相位差自适应无偏估计方法及应用[J].振动与冲击，2016，35(10)：55-59.)：此种方法通过希尔伯特变换求取相位差信息，虽然不需要信号的频率信息，不受频率失配影响，但希尔伯特变换对于噪声的抑制能力较弱，导致整体算法的抗噪性不足，易受噪声影响，其相位差估计精度有待提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种抗噪性强，估计精度高，适用性好的相位差估计方法，消除频率估计失配对相位差测量的影响，适用于任意两路同频余弦信号的相位差测量，解决现有相位差测量方法存在的主要问题，拓展其应用范围。本专利技术提出一种频率失配条件下的自适应无偏相位差估计方法：本专利技术包括以下步骤：以两路同频余弦信号为例进行说明。1)第一路余弦信号x1(n)和第二路余弦信号x2(n)的频率同为ω0，频率失配值为Δω，假设已知频率的估计值ω＝ω0-Δω，构建频率信号cosωn和sinωn，并设置自适应算法的步长μ＝0.01；2)利用构建的频率信号cosωn和sinωn，设a1’(n)，b1’(n)分别为x1(n)中参数a1和b1的估计值，则第一路余弦信号的估计值为s1’(n)＝a1’(n)cosωn-b1’(n)sinωn；3)同样利用构建的频率信号cosωn和sinωn，设a2’(n)，b2’(n)分别为x2(n)中参数a2和b2的估计值，则第二路余弦信号的估计值为s2’(n)＝a2’(n)cosωn-b2’(n)sinωn4)利用两路余弦信号及其估计值，构建误差信号e1(n)＝x1(n)-s1’(n)和e2(n)＝x2(n)-s2’(n)；5)利用自适应迭代计算方式分别估计a1’(n+1)，b1’(n+1)，a2’(n+1)和b2’(n+1)，迭代计算方法为：a1’(n+1)＝a1’(n)+μe1(n)cosωn；b1’(n+1)＝b1’(n)-μe1(n)sinωn；a2’(n+1)＝a2’(n)+μe2(n)cosωn；b2’(n+1)＝b2’(n)-μe2(n)sinωn；6)根据计算的a1’(n+1)，b1’(n+1)，a2’(n+1)和b2’(n+1)值，计算频率已知的两路同频余弦信号的相位差，则相位差为：附图说明下面根据附图和具体实施对本专利技术作进一步阐述。以两路含白噪声余弦信号为例进行说明。图1为方法实现流程图。图中：1表示利用获得的频率值构建频率信号；2表示利用频率信号对第一路余弦信号进行估计；3表示利用频率信号对第二路余弦信号进行估计；4表示产成第一路误差信号；5表示产生第二路误差信号；6表示利用第一路误差信号对参数a1和b1进行估计；7表示利用第二路误差信号对参数a2和b2进行估计；8表示计算两路同频余弦信号的相位差。具体实施方式本专利技术的具体实施方式如下：第一步：构建频率信号cosωn和sinωn，设置算法步长μ＝0.01；第二步：计算第一路余弦信号x1(n)的估计值s1’(n)＝a1’(n)cosωn-b1’(n)sinωn；第三步：计算第二路余弦信号x2(n)的估计值s2’(n)＝a2’(n)cosωn-b2’(n)sinωn；第三步：构建误差信号e1(n)＝x1(n)-s1’(n)和e2(n)＝x2(n)-s2’(n)；第四步：利用自适应迭代计算方式分别估计a1’(n+1)，b1’(n+1)，a2’(n+1)和b2’(n+1)；第五步：根据计算的a1’(n+1)，b1’(n+1)，a2’(n+1)和b2’(n+1)值，计算频率已知的两路同频余弦信号的相位差。本文档来自技高网...

【技术保护点】
频率失配条件下的自适应无偏相位差估计方法，适用对象为频率已知的两路同频余弦信号；该方法包括以下步骤：第一步：利用获得的信号频率值ω，构建频率信号cosωn和sinωn，算法步长μ＝0.01；第二步：计算第一路余弦信号x

【技术特征摘要】
1.频率失配条件下的自适应无偏相位差估计方法，适用对象为频率已知的两路同频余弦信号；该方法包括以下步骤：第一步：利用获得的信号频率值ω，构建频率信号cosωn和sinωn，算法步长μ＝0.01；第二步：计算第一路余弦信号x1(n)的估计值s1’(n)＝a1’(n)cosωn-b1’(n)sinωn，其中a1’(n)，b1’(n)分别为x1(n)中参数a1和b1的估计值；第三步：计算第二路余弦信号x2(n)的估计值s2’(n)＝a2’(n)cosωn-b2’(n)sinωn，其中a2’(n)，b2’(n)分别为x2(n)中参数a2和b2的估计值；第三步：构建误差信号e1(n)＝x1(n)-s1’(n)和e2(n)＝x2(n)-s2’(n)；第四步：利用自适应迭代计算方式分别估计a1’(n+1)，b1’(n+1)，a2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明，涂亚庆，张海涛，刘波，沈廷鳌，沈艳林，张政丰，
申请(专利权)人：中国人民解放军后勤工程学院，
类型：发明
国别省市：重庆,50