[发明专利]基于SOBI及FastICA的同频信号相位差测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，特别是一种基于SOBI及FastICA的同频信号相位差测量方法。

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。

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，其中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，现有技术正弦信号相位差测量方法具有以下缺陷：要求测量样本具有较高的信噪比，适用性较差，很难满足复杂环境下的测量要求；测量的准确度过分依赖测量样本的长度，且难以消除谐波干扰，测量速度慢。

发明内容

为解决上述的一个或多个问题，本发明提供了一种基于SOBI及FastICA的同频信号相位差测量方法，以降低对测量样本的要求，提高测量的准确性。

本发明提供一种基于SOBI及FastICA的同频信号相位差测量方法，包括如下步骤：

步骤1：将被测信号x(n)扩展成3维观测信号矩阵X(n)；

步骤2：对观测信号矩阵X(n)运行一次排序的无迭代式SOBI算法，得到分离矩阵W₁；

步骤3：将W₁作为分离矩阵初始值，对观测信号矩阵X(n)运行一次FastICA算法，得到混合矩阵A及源分量矩阵S(n)；

步骤4：根据混合矩阵A及源分量矩阵S(n)合成被测信号成分x′(n)；

步骤5：比较被测信号x′(n)与标准信号的相位差，完成同频信号相位差测量。

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下技术效果：

1、本发明提供的基于SOBI及FastICA的同频信号相位差测量方法，能有效避免零点漂移、温度漂移、谐波、振铃效应、白噪声等多种噪声的干扰，测量准确度高，适用范围广。

2、本发明提供的基于SOBI及FastICA的同频信号相位差测量方法，采用排序的无迭代式SOBI算法求解分离矩阵初始值，求解过程简单，计算速度快。

3、本发明提供的基于SOBI及FastICA的同频信号相位差测量方法，通过改变标准信号的频率，可对被测信号的不同频率成分进行抽取和测量。

4、本发明提供的基于SOBI及FastICA的同频信号相位差测量方法，对被测信号的初始相位无特殊要求，且无需整周期采样。

附图说明

为进一步说明本发明的技术内容，以下结合附图及实施案例对本发明详细说明如后，其中：

图1：本发明提供的基于SOBI及FastICA的同频信号相位差测量方法流程图；

图2：本发明提供的基于SOBI及FastICA的同频信号相位差测量方法构造的观测信号矩阵X(n)；