一种基于主动混叠与解混叠的信号频率识别方法技术

本公开揭示了一种基于主动混叠与解混叠的信号频率识别方法，包括：1、对待识别信号进行采样，获得双路采样样本数据，并从中截取两组相同长度的数据；2、记录两组数据的相对延时时间并进行傅里叶变换，获得两组傅里叶变换系数向量，基于两组向量获得频谱，通过峰值搜索，获得索引位置；3、根据索引位置从两组向量中提取相应的复数，并基于所提取的复数获得中间变量以及计算中间变量的相角值，根据相角值和两组数据的相对延时时间计算等效混叠频率和等效采样频率；4、改变两组数据的截取位置，重复步骤2和步骤3获得一系列混叠频率和等效采样频率并计算余数频率；5、求解基于混叠频率和余数频率构建的同余方程组，以获得待识别信号的频率。频率。频率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于主动混叠与解混叠的信号频率识别方法


[0001]本公开属于信号参数识别和无损检测
，具体涉及一种基于主动混叠与解混叠的信号频率识别方法。

技术介绍

[0002]在信号处理领域中，经常会遇到欠采样信号的频率估计问题。延时估计是利用一定时间延迟中相位的变化情况来估算信号的频率值，为了能准确识别信号的频率值，需要求延时间隔小于奈奎斯特间隔，当目标频率较高时，为了能获得准确的信号频率，需要极短的延时间隔，这增加了对采样时间精度的要求，也极大地降低了系统对噪声和采样时间波动的鲁棒性，使得传统的延时估计方法失效。
[0003]余数定理利用互质的思想可以从欠采样信号中恢复信号频率，然而余数定理需要信号中至少有两个采样率互质的采样器进行均匀采样，由于需要多个不同处理速率的采样设备，这对硬件提出了更高要求，并且对于被动采样的情况下，如波达方向估计和叶端定时振动测量中，不同采样率的实现需要依赖于传感器数量和布局，比如叶端定时中要实现两种互质的采样频率，至少需要4支传感器，这极大增加了测量成本，所以余数定理在这类被动采样中的应用受到了阻碍。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的不足，本公开的目的在于提供一种基于主动混叠与解混叠的信号频率识别方法，该方法利用主动混叠延时估计从严重欠采样的信号中获得一系列等效采样率和余数频率，再利用鲁棒的封闭余数定理算法对余数频率解混叠，得到待识别信号的频率估计。
[0005]为实现上述目的，本公开提供以下技术方案：
[0006]一种基于主动混叠与解混叠的信号频率识别方法，包括如下步骤：
[0007]S100：对待识别信号进行延时互质采样，获得双路采样样本数据，并从双路采样样本数据中截取两组相同长度的数据；
[0008]S200：记录两组数据的相对延时时间，并分别对两组数据进行傅里叶变换，获得两组傅里叶变换系数向量，对傅里叶变换系数向量取绝对值获得频谱，通过峰值搜索，获得频率峰值对应的索引位置；
[0009]S300：根据索引位置从双路傅里叶变换系数中提取相应的复数，将第一路复数乘以第二路复数的共轭以获得中间变量，计算所述中间变量的相角值，根据所述相角值和两组数据的相对延时时间计算等效混叠频率和等效采样频率；
[0010]S400：改变两组数据的截取位置，使两组数据的相对延时发生变化，重复步骤S200和步骤S300获得一系列混叠频率和等效采样频率，并根据所述一系列混叠频率计算余数频率；
[0011]S500：利用余数定理对一系列以等效采样频率为模数且以余数频率为余数的同余
方程组求解，以获得待识别信号的频率。
[0012]优选的，步骤S100中，通过使用两个采样率相同的采样器对待识别信号进行延时互质采样，采样率记为f
s
，采样周期记为T0，f
s
＝1/T0，两个采样通道的延时时间记为τ。
[0013]优选的，步骤S200中，两组傅里叶变换系数向量分别表示为：
[0014][0015]其中，d1(n)表示第一路采样得到的信号；j表示虚数符号，N表示选择分析的信号长度，人为确定，在本实例中N＝700；n表示迭代数，从1遍历到N；k表示1到N的整数；D1(k)表示对[d1(1)，d1(2)，
…
，d1(N)]T
进行离散傅里叶变换后的第k个数据；
[0016][0017]其中，d2(n)表示第二路采样得到的信号；D2(k)表示对[d2(1)，d2(2)，
…
，d2(N)]T
进行离散傅里叶变换后的第k个数据。
[0018]优选的，步骤S300中，所述等效混叠频率通过下式计算：
[0019][0020]其中，(
·
)
*
表示共轭运算，angle[
·
]表示求复数相角操作，φ表示相角值，D1和D2分别表示所截取的两组数据进行傅里叶变换后得到的傅里叶系数，D1(c)和D2(c)分别表示频率为两个傅里叶系数向量中第c个值，π表示圆周率，τ1表示所截取的两组数据之间的相对延迟时间。
[0021]优选的，所述求复数相角操作通过下式进行：
[0022][0023]其中，α+bi表示一个实部为a，虚部为b的复数。
[0024]优选的，步骤S300中，所述等效采样频率表示为：
[0025][0026]其中，表示延时为τ
v
情况下的等效采样频率，v＝1，2，3，
…
。
[0027]优选的，步骤S400中，当待识别信号为实值信号时，每一个等效混叠频率都可以得到两个可能的余数频率，即或其中，v表示整数，即v＝1，2，3，
…
，表示第v个等效采样频率，表示第v个等效混叠频率，表示第v个余数频率；当待识别信号是复值信号时，余数频率等于等效混叠频率。
[0028]优选的，步骤S500中，所述同余方程组表示如下：
[0029][0030][0031][0032]其中，n1，n2，n3表示折叠系数，f
n
表示待求解的信号频率。
[0033]与现有技术相比，本公开带来的有益效果为：
[0034]本公开极大地减少了样本的平均采样率，可以仅利用2个低速的采样通道来实现待识别信号的频率估计。不同于传统多速率采样使用电路硬件实现多个速率的均匀采样，本方法使用2个具有相同采样率的采样通道对信号进行采样，在获得数据的基础上，利用两路数据的之间的延时，生成多个等效采样频率，利用算法等效地实现了多速率采样的效果，这极大地简化了硬件，降低频率识别的成本。
附图说明
[0035]图1为本公开一个实施例提供的一种基于主动混叠与解混叠的信号频率识别方法的流程图；
[0036]图2为双路延迟互质采样原理图；
[0037]图3为通过双路延迟互质采样采集得到的仿真信号时域图；
[0038]图4为第1个等效混叠频率计算结果；
[0039]图5为第2个等效混叠频率计算结果；
[0040]图6为第3个等效混叠频率计算结果：
[0041]图7(a)是针对双路采样样本数据的第一种截取示意图；
[0042]图7(b)是针对双路采样样本数据的第二种截取示意图；
[0043]图7(c)是针对双路采样样本数据的第三种截取示意图。
具体实施方式
[0044]下面将参照附图1至图7(c)详细地描述本公开的具体实施例。虽然附图中显示了本公开的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的
范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0045]需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于主动混叠与解混叠的信号频率识别方法，包括如下步骤：S100：对待识别信号进行延时互质采样，获得双路采样样本数据，并从双路采样样本数据中截取两组相同长度的数据；S200：记录两组数据的相对延时时间，并分别对两组数据进行傅里叶变换，获得两组傅里叶变换系数向量，对傅里叶变换系数向量取绝对值获得频谱，通过峰值搜索，获得频率峰值对应的索引位置；S300：根据索引位置从双路傅里叶变换系数中提取相应的复数，将第一路复数乘以第二路复数的共轭以获得中间变量，计算所述中间变量的相角值，根据所述相角值和两组数据的相对延时时间计算等效混叠频率和等效采样频率；S400：改变两组数据的截取位置，使两组数据的相对延时发生变化，重复步骤S200和步骤S300获得一系列混叠频率和等效采样频率，并根据所述一系列混叠频率计算余数频率；S500：利用余数定理对一系列以等效采样频率为模数且以余数频率为余数的同余方程组求解，以获得待识别信号的频率。2.根据权利要求1所述的方法，其中，优选的，步骤S100中，通过使用两个采样率相同的采样器对待识别信号进行延时互质采样，采样率记为f
s
，采样周期记为T0，f
s
＝1/T0，两个采样通道的延时时间记为τ。3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤S200中，两组傅里叶变换系数向量分别表示为：其中，d1(n)表示第一路采样得到的信号；j表示虚数符号，N表示选择分析的信号长度，人为确定，在本实例中N＝700；n表示迭代数，从1遍历到N；k表示1到N的整数；D1(k)表示对[d1(1)，d1(2)，
…
，d1(N)]
T
进行离散傅里叶变换后的第k个数据；其中，d2(n)表示第二路采样得到的信号；D2(k)表示对...

【专利技术属性】
技术研发人员：田绍华，曹佳辉，杨志勃，李浩琪，王增坤，吴淑明，金若尘，陈雪峰，杨来浩，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：