[发明专利]信号相位差测量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子行业信号处理技术领域，尤其涉及一种信号相位差测量的方法。

背景技术

同频率周期信号的相位差测量在信号分析、电路参数测试、电工技术、工业自动化、智能控制、通信及电子技术等许多领域都有着广泛的应用，如交流电路中阻抗角的计算、电能计量中功率因数角的确定等。

在工程测量中，由于测量设备所处环境的复杂性，被测信号往往被叠加了这样或者那样的噪声，如：零点漂移、振铃现象、毛刺、温度漂移、谐波干扰、白噪声干扰等。这些噪声通常会导致被测信号形状发生畸变，甚至淹没于噪声中，给测量造成严重的困难。因此影响相位差测量精度的关键在于测量方法的抗噪声干扰性。

现有的信号相位差测量方法较多，且大多具有一定的去噪效果及抗噪声干扰能力，但这些方法往往只能对一种或几种噪声具有较好的抗干扰性，无法应对复杂环境下多种噪声同时存在的情况，适用性较差。传统的依靠模拟器件的方法，如矢量法、二极管鉴相法、脉冲计数法等，测量系统复杂，需要专用器件，硬件成本高，抗干扰能力差。

近年来，计算机和数字信号处理技术取得长足进步，相位差测量逐渐向数字化方向发展，数字化测量的优点在于硬件成本低、适应性强，对于不同的测量对象只需改变程序的算法，测量精度优于模拟式测量。信号相位差数字化测量方法按实现途径可分为硬件法和软件法两大类。硬件法通过硬件电路测量两个信号的周期及初相位的时间差，由软件将时间差变换为相位差显示，由于其去噪功能完全由硬件部分承担，无法应对复杂多变的测量环境。软件法主要包括频域处理方法与时域处理方法两类。

频域处理方法首先将信号变换到频域，然后按照信号的频谱特性对信号进行处理，如DFT法。该方法对信噪比的要求较低，对多种噪声具有一定的抗干扰能力，但该方法需要对样本实施严格整周期的采样，否则会导致频谱泄露及栅栏效应，并最终导致较大的测量误差。

时域处理方法对信号的处理都是在时域内进行，其本质在于两个同频率的正弦信号的相位差可以用它们相应的过零点的时间差来表征，其最大优点是信号处理方法简单、直观、物理意义明显、易于用硬件实现，且部分算法无需要求整周期的采样，缺点是该类方法只适合处理信噪比较高的情况，抗干扰能力差，且测量准确度依赖测量样本的长度。

综上所述，申请人发现现有技术信号相位差测量方法具有以下缺陷：均要求测量样本具有较高的信噪比，适用性较差。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决上述的一个或多个问题，本发明提供了一种信号相位差测量的方法，以降低对待测信号信噪比的要求，提高其适用性。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种信号相位差测量的方法，包括：步骤A，由1维被测信号与两个1维标准正弦参考信号组成3维的观测信号矩阵X(n)，其中，被测信号包含单频正弦测试信号及噪声信号；步骤B，对观测信号矩阵X(n)运行第一次寻优迭代运算，得到3×3的分离矩阵W₁及3维的源分量矩阵S(n)，其中，源分量矩阵S(n)的3个源分量分别是：噪声分量I_g(n)、正弦分量sin(n)及余弦分量cos(n)；步骤C，判断源分量矩阵S(n)中噪声分量I_g(n)的所在行k；步骤D：当k＝1时，执行步骤G；步骤G：在混合矩阵A中选择两元素α，β，与源分量矩阵中的正弦分量和余弦分量进行线性加乘，从而获得被测信号中的单频正弦测试信号，其中，混合矩阵A为分离矩阵的逆矩阵；以及步骤H，由获得的单频正弦测试信号进行相位差测量。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明一种信号相位差测量的方法具有以下有益效果：

(1)本发明提供的一种信号相位差测量的方法，采用独立分量分析方法可抑制多种噪声的干扰，如奇次谐波、振铃现象、零点漂移、温度漂移、白噪声等，对信噪比较低、测试信号淹没于噪声中的情况仍然适用；

(2)本发明中，对被测信号中单频正弦测试信号的初始相位无特别要求，可为任意值，均可以获得准确度较高的相位差；

(3)本发明中，无需对样本实施严格整周期采样，对于一次样本的测量至多需要运行ICA算法两次，计算速度快，准确度高。

附图说明

图1为本发明实施例信号相位差测量方法的流程图；

图2为测量实验样本，其中(a)为噪声信号，(b)为单频正弦测试信号，(c)为由(a)噪声信号及(b)单频正弦测试信号合成的被测信号；