離散頻譜校正新方法及其抗干擾性能研究.pdf

1、離散頻譜分析技術(shù)廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備故障診斷、振動(dòng)分析、通信工程、自動(dòng)控制過程，以及雷達(dá)、聲吶、遙測、遙感、圖像處理、語言識(shí)別、石油勘探、海洋資源勘測和生物醫(yī)學(xué)工程等各個(gè)領(lǐng)域。由于離散頻譜的泄漏效應(yīng)和柵欄效應(yīng)，在頻譜分析中頻率成分的頻率、振幅和相位參數(shù)常常產(chǎn)生較大的誤差。實(shí)際上，頻譜分析的結(jié)果在工程應(yīng)用中往往只能定性而不能定量地分析和解決問題，這大大限制了頻譜分析技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的使用。因此，研究如何提高頻譜分析方法的精度使其更加精確的反應(yīng)

2、信號(hào)或系統(tǒng)的特征是現(xiàn)代信號(hào)處理的主要任務(wù)之一。
　　離散頻譜校正技術(shù)是為了克服傳統(tǒng)頻譜分析精度不高的一種校正技術(shù)，它通過加窗后的離散頻譜譜線的幅值或者相位的關(guān)系來對各個(gè)頻率成分的參數(shù)進(jìn)行校正，以期得到較為精準(zhǔn)的頻譜參數(shù)。在實(shí)際工程中，離散頻譜校正技術(shù)已廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)諧波分析、電參量測量、雷達(dá)測速、發(fā)動(dòng)機(jī)扭轉(zhuǎn)信號(hào)處理和激勵(lì)力識(shí)別、旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷等工程領(lǐng)域。因此，離散頻譜校正技術(shù)的研究和發(fā)展有著重要的工程價(jià)值。
　　本文以

3、快速傅里葉變換和離散頻譜分析技術(shù)為出發(fā)點(diǎn)，以提高離散頻譜分析技術(shù)精度為目標(biāo)，在深入研究了傳統(tǒng)的離散頻譜校正算法和系統(tǒng)地分析了影響離散頻譜校正算法精度的各種因素的基礎(chǔ)之上，針對目前頻譜校正算法存在的問題，提出了新的離散頻譜校正算法。
　　首先，本文提出了基于非對稱窗函數(shù)的離散頻譜相位差校正方法。該方法不同于傳統(tǒng)的相位差法需要兩段不同的數(shù)據(jù)取得相位差，而僅通過對同一段數(shù)據(jù)加不同的非對稱窗(或者一個(gè)對稱窗和一個(gè)非對稱窗)就可實(shí)現(xiàn)對頻率、

4、相位和幅值的校正。繼而提出了窗函數(shù)重心的概念來闡釋相位差法的基本原理，在理論上進(jìn)一步揭示了相位差法有效性的根本原因。推導(dǎo)了窗函數(shù)重心與窗函數(shù)相位的線性分量之間的關(guān)系。本文系統(tǒng)地總結(jié)了非對稱窗函數(shù)的構(gòu)造方法，并提出了非對稱窗函數(shù)的伸縮構(gòu)造法。該方法可以連續(xù)調(diào)節(jié)非對稱窗函數(shù)特性。此外，還詳細(xì)研究了非對稱窗函數(shù)的幅值和相位特性，比較了對稱窗函數(shù)和非對稱窗函數(shù)的特點(diǎn)。
　　其次，針對傳統(tǒng)插值法對于窗函數(shù)依賴性的問題，結(jié)合漢寧窗函數(shù)的特點(diǎn)和

5、主瓣擬合技術(shù)，提出了新的三譜線幅值插值法。該方法適用于所有的經(jīng)典窗函數(shù)，解決了一般窗函數(shù)的插值校正算法的問題。新的三譜線幅值插值法還具有很強(qiáng)的容錯(cuò)(插值方向錯(cuò)誤)能力，在大噪聲下顯示出更強(qiáng)的穩(wěn)定性。
　　另外，本文還深入討論了負(fù)頻率干擾對頻譜校正的影響。推導(dǎo)了負(fù)頻率成分對譜線干擾的數(shù)學(xué)表達(dá)式，定量地分析了負(fù)頻率干擾的大小，證明了復(fù)譜線實(shí)部之比、虛部之比都是具有相位無關(guān)性。根據(jù)實(shí)部比值和虛部比值的特性，提出了具有抗鏡像干擾的頻譜校正