[发明专利]一种周期信号的数字幅值测量方法

说明书

本发明公开了一种周期信号的数字幅值测量方法，采用数字测量实现，相较于模拟电路测量方法，具有硬件简单、适应性好、抗干扰能力强的优点，并且能对任意频率分量的幅值进行测量，能够利用数字方式对宽频率范围信号进行多频率分量的幅值测量。相较于其他数字算法实现方式，本发明提供的方法采用自适应采样解决了因为非整数倍而引入的频谱泄露问题，从而提高测量精度。此外，利用奇偶分频与半整数分频相结合的方式使ADC采样时钟接近理想采样率，减少频谱泄露现象引入的误差，从而提高测量精度。

技术领域

本发明属于电压信号或电流信号幅值测量技术领域，更具体地，涉及一种周期信号的数字幅值测量方法。

背景技术

周期信号，例如非正弦周期信号各频率分量的幅值可以反映其能量成分，在谐波分析、语音处理、显著性目标检测、信号异常检测等领域得到了广泛的应用。特别是在确定偏振光偏振方向中，对二倍频信号(电流信号)幅值进行测量是测量偏振角度的重要环节。

幅值测量方法分为模拟电路测量方法和数字算法测量方法。模拟电路方法存在零点漂移，噪声大，测量精度较低的缺点，而且该方法不能对信号进行多频率分量的幅值提取。数字算法测量方法因其电路结构简单、成本低、精度高、适应性强等优点，被广泛应用于大多数工程领域中。

现有的数字算法测量方法是先对信号进行采样，再进行快速傅里叶变换(FFT，Fast Fourier Transform)，得到多频率分量的幅值。但是，当信号频率发生改变时，采样率和信号频率的比例改变，可能会使快速傅里叶变换的结果出现频谱泄露现象，降低幅值精度。当的比值不是整数倍时，其中N为处理长度、f₀为信号频率、f_S为采样率，由X(t)以N为周期进行周期延拓所得到的周期性信号就出现了不连续点，使频谱分量从正常频谱扩展，发生了频谱泄露现象。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种周期信号的数字幅值测量，由此解决现有的幅值测量方法精度不高的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种周期信号的数字幅值测量方法，包括：

S1，ADC按照初始采样率f_S对待测周期信号进行采样，并将其转换为离散数字序列X(n)，并基于基-2DIT-FFT算法将X(n)的时域信息转换为频域信息得到频谱X(k)；其中，所述周期信号为电流信号或电压信号，f_S根据预设频谱分辨率确定；

S2，对X(k)进行最大模检测以得到模最大点对应谱线所在位置k，并根据k及f_S计算待测周期信号的基波频率f₀；

S3，自适应调整f_S为f₀的n倍，并采用奇偶分频和半整数分频相结合的方式生成ADC的实际采样时钟，以确定ADC的实际采样率f_S`；

S4，ADC按照实际采样率f_S`再次对待测周期信号进行采样，并将其转换为离散数字序列X(n)`，并基于基-2DIT-FFT算法将X(n)`的时域信息转换为频域信息，得到频谱X(k)`；

S5，根据公式在X(k)`上确定目标频率分量f<sub>1</sub>对应的位置k<sub>1</sub>；并根据公式确定f<sub>1</sub>对应谱线X(k<sub>1</sub>)`的幅值；返回S1；其中，N为采样有效长度，n为每周期采样有效长度，X(k)`<sub>re</sub>和X(k)`_im分别为谱线X(k)`的幅值实部和虚部。

优选地，所述采用奇偶分频和半整数分频相结合的方式生成ADC的实际采样时钟，以确定ADC的实际采样率f_S`，包括：