一种基于插值DFT信号同步的数字锁相放大处理方法技术

本发明专利技术公开了一种基于插值DFT信号同步的数字锁相放大处理方法，首先设置采样频率f

【技术实现步骤摘要】
一种基于插值DFT信号同步的数字锁相放大处理方法


[0001]本专利技术属于数字锁相放大器
，涉及一种基于插值DFT信号同步的数字锁相放大方法。

技术介绍

[0002]数字锁相放大器(Digital Lock
‑
in Amplifier，DLIA)是微弱信号测量领域中一种非常高效的检测技术。因其具有抗干扰能力强等优点被广泛应用于工业生产、化工、大气环境污染监测等领域中。然而当输入信号与参考信号不同步时，会导致数字锁相放大器输出信号非常微弱，甚至无法解调出待测信号。因此，实现输入信号与参考信号的同步对提高数字锁相放大器在微弱信号检测方面的准确性具有重要意义。
[0003]目前，数字锁相放大器中实现输入信号与参考信号同步的已有研究主要包括两个方面，一方面，当参考信号频率已知时，可采用正交法将待测信号分解至两个正交参考信号上，从而实现相位同步，但是该方法对资源占用比较高，计算量大。此外，当待测信号较弱时，正交法数字锁相放大器的检测效果不如单一相位法的数字锁相放大器。另一方面，当参考信号频率未知时，可采用锁相环实现参考信号与待测信号的同步，但是同样也具有计算量较大的不足之处。
[0004]因此，实现快速、计算量小的数字锁相放大器的信号同步具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决上述问题，提出了一种基于插值DFT信号同步的数字锁相放大方法，所述方法可以实现数字锁相放大器信号的同步，且计算量小。
[0006]一种基于插值DFT信号同步的数字锁相放大处理方法，所述方法包括：
[0007]采集待测信号，采样频率为f
s
，得到N点离散序列x(n)，n＝0，1，2，
…
，N
‑
1，对离散序列并进行加窗处理，得到加权序列x
w
(m)，其中m＝0，1，2，
…
，M
‑
1且M<N；
[0008]对加权序列x
w
(m)进行离散傅里叶变换得到频谱函数X
w
(m)；
[0009]对频谱函数X
w
(m)使用二谱线插值算法计算待测信号的频率偏移量δ、频率f
r
及相位
[0010]构建幅值为1，频率为f
r
，相位为的参考信号r(n)与离散序列x(n)相乘得到解调后的信号x
r
(n)；
[0011]采用低通滤波器滤除信号x
r
(n)中的高频分量，得到待测信号幅值。
[0012]进一步的，所述对频谱函数X
w
(m)使用二谱线插值算法计算待测信号的频率偏移量δ、频率f
r
及相位具体为：
[0013]搜索|X
w
(m)|，其中||表示取模值，得到频谱函数局部峰值谱线的位置k1，k2，且k1≤k0≤k2＝k1+1，其中k0为频率f
r
在频谱中的真实位置；
[0014]由插值表达式根据最小二乘法求得函数关系式δ＝
g
‑1(η)，定义频率偏差δ＝k0‑
k1‑
0.5，且δ满足
‑
0.5≤δ≤0.5；
[0015]由δ＝g
‑1(η)计算得到频率偏移量δ，由f
r
＝(k1+δ+0.5)f
s
/M得到待测信号的频率f
r
；
[0016]待测信号的相角计算公式为：
[0017][0018]其中Phase{}是求相角运算。
[0019]进一步的，所述频谱函数其中W()为汉宁
‑
切比雪夫卷积窗的离散傅里叶表达式。
[0020]进一步的，所述对离散序列并进行加窗处理，具体为：用长度为M的汉宁
‑
切比雪夫卷积窗w(m)对离散后的待测信号进行加权截断，得到截断后的序列x
w
(m)＝x(m)w(m)。所述长度为M的汉宁
‑
切比雪夫卷积窗w(m)是由长度为M/2的汉宁窗和长度为M/2切比雪夫窗进行卷积运算得到。
[0021]进一步的，上述所有方法中所述离散序列其中A为待测信号的幅值，f
r
为频率，为相位，σ(n)为噪声。
[0022]本专利技术的有益效果为：本方法测量过程快速方便，测量结果准确，可实现数字锁相放大器中待测信号与输入信号的同步，为提高微弱信号参数检测准确性提供技术支持。同时，本专利技术采用加窗插值方法计算参考信号的频率和相位，降低了DFT过程中栅栏效应和频谱泄露对频率、相位计算的影响；采用汉宁
‑
切比雪夫卷积窗对信号进行加权截断，可在非同步采样情况下有效抑制频谱泄露，能准确测量参考信号的参数。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0024]图1为基于插值DFT信号同步的锁相放大处理流程图。
[0025]图2为待测信号的时域波形。
[0026]图3为待测信号解调后的幅值。
具体实施方式
[0027]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，并不用于限定本申请。
[0028]如图1所示的基于插值DFT信号同步的锁相放大处理流程图，包括以下步骤：
[0029]第一步，采集待测信号，采样频率为f
s
，得到N点离散序列x(n)，n＝0，1，2，
…
，N
‑
1，对离散序列并进行加窗处理，得到加权序列x
w
(m)，其中m＝0，1，2，
…
，M
‑
1且M<N。
[0030]用长度为M的汉宁
‑
切比雪夫卷积窗w(m)对离散后的被测信号进行加权截断，得到
截断后的序列x
w
(m)＝x(m)w(m)。所述长度为M的汉宁
‑
切比雪夫卷积窗w(m)具体为：采用长度分别为M/2的汉宁窗和切比雪夫窗卷积得到长度为M的汉宁
‑
切比雪夫卷积窗w(m)，计算公式为：
[0031]w(n)＝w1(n)*w2(n)
[0032]其中，w1(n)、w2(n)分别为汉宁窗和切比雪夫窗的时域表达式，“*”表示卷积运算。
[0033]第二步，对加权序列x
w
(m)进行离散傅里叶变换得到频谱函数X
w
(m)。
[0034]对截断后的序列x本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于插值DFT信号同步的数字锁相放大处理方法，其特征在于，所述方法包括：采集待测信号，采样频率为f
s
，得到N点离散序列x(n)，n＝0，1，2，
…
，N
‑
1，对离散序列并进行加窗处理，得到加权序列x
w
(m)，其中m＝0，1，2，
…
，M
‑
1且M<N；对加权序列x
w
(m)进行离散傅里叶变换得到频谱函数X
w
(m)；对频谱函数X
w
(m)使用二谱线插值算法计算待测信号的频率偏移量δ、频率f
r
及相位构建幅值为1，频率为f
r
，相位为的参考信号r(n)，参考信号r(n)与离散序列x(n)相乘得到解调后的信号x
r
(n)；采用低通滤波器滤除信号x
r
(n)中的高频分量，得到待测信号幅值。2.根据权利要求1所述的数字锁相放大处理方法，其特征在于，所述对频谱函数X
w
(m)使用二谱线插值算法计算待测信号的频率偏移量δ、频率f
r
及相位具体为：搜索频谱函数|X
w
(m)|，其中||表示取模值，得到频谱函数局部峰值谱线的位置k1，k2，且k1≤k0≤k2＝k1+1，其中k0为频...

【专利技术属性】
技术研发人员：李橙橙，万元，潘平衡，胡边，付亮，姜运，时志能，王佩，胡靖远，曹旺，
申请(专利权)人：五凌电力有限公司，
类型：发明
国别省市：