[發明專利]一種數據延拓式相關的相位差測量方法

有效

• 申請號: 201410055705.3
• 申請日: 2014-02-16
• 公開（公告）號: CN103926463A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 涂亞慶;沈廷鰲;李明
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍后勤工程學院
• 主分類號: G01R25/00
• 分類號: G01R25/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及信號處理領域，特別是一種數據延拓式相關的相位差測量方法。

背景技術

相位差的測量在故障診斷、導航定位、測試控制、電力電子、通訊、雷達等領域均有著重要且廣泛的應用。例如，電網電能計量中功率因素的確定，涉及到相應電壓與電流間相位差的準確測量；在高精度的雷達精密定位上，依賴于對同頻信號相位差的高精度測量；在高精度流量測量領域得到廣泛應用的科氏流量計，相位差的測量精度直接影響流體質量測量精度。因此，實現對相位差的高精度測量顯得尤其重要。

相關法利用兩路同頻正弦信號的延時為零時的互相關函數值與其相位差的余弦值成正比的原理得到相位差，在信號處理中得到了廣泛應用。由于噪聲信號通常與有效信號相關性較小，相關法具有良好的噪聲抑制能力，能夠抑制所有與參考信號不相關的各種形式噪聲，但對于相關性較強的干擾信號和諧波干擾，在低信噪比條件下測量誤差較大。此外，相關法要求對信號實行嚴格整周期采樣，在整周期采樣條件下可實現相位差的準確測量，但在非整周期采樣條件下測量精度還有待提高。為提高相位差的測量精度，相繼出現了多種基于相關原理的相位差測量新算法或改進算法，主要有以下幾種：

(1)參考文獻[1]：左自強，徐陽，曹曉瓏，等.計算電容型設備介質損耗因數的相關函數法的改進[J].電網技術，2004，28(18)：53-57.文獻[1]方法的基本思想是采用插值取整周期的方法對積分區間進行修正，用梯形積分代替矩形積分對數值積分方法進行改進，并選取合適的采樣頻率和采樣點數來提高計算精度。該方法計算精度受積分區間、數值積分方法和數值積分步長的影響，存在影響因素多且計算復雜的問題。

(2)參考文獻[2]：李建民，趙鵬，侯文，等.基于相關理論的相位差算法的誤差研究[J].中北大學學報(自然科學版)，2009，30(6)：616-619.文獻[2]采用雙相關法，需要產生兩個同頻的、具有90°相移的參考信號，將輸入和輸出信號分別與兩個參考信號進行相關運算求得信號的相位差。該方法減少了隨機性造成的相位誤差，但非整周期采樣情況下的相位差誤差仍較大。

(3)參考文獻[3]：鄭勝峰，樓海燕，范文晶，等.一種基于多重相關法的相位差測量方法[J].宇航計測技術，2008，28(5)：57-60.參考文獻[4]：鄭勝峰，陳素明，狄金海，等.一種基于多重互相關的相位差測量新方法[J].宇航計測技術，2012，32(1)：34-40.文獻[3]和文獻[4]利用正弦信號的特殊性質，通過對信號進行多次的自相關和互相關運算，再利用相關原理求解信號的相位差。該方法能提高低信噪比情況下的相位差測量精度，但測量精度也受采樣是否整周期的影響。

綜上所述，相關法的相位差測量方法具有重要研究意義和應用價值，但現有方法存在諸多問題，這些方法要么存在計算量較大的問題，要么無法完全消除非整周期采樣對測量結果帶來誤差的影響，需要提出一種計算簡單，可完全消除非整周期采樣對測量結果帶來誤差影響的相位差測量方法。

發明內容

本發明的目的是提出一種計算簡單，可消除非整周期采樣對測量結果帶來誤差影響的相位差測量方法，適用于任意同頻正弦信號的相位差測量，解決現有相關法相位差測量存在的主要問題，拓展其應用范圍。

本發明提出一種數據延拓式相關的相位差測量方法。

本發明包括以下步驟：

第一步：對信號的頻率或周期進行預估計。假定獲得兩路短時信號的采樣數據分別為x=[x₁，x₂，…，x_N-1，x_N]，y=[y₁，y₂，…，y_N-1，y_N]，P∈Z⁺為一個周期的采樣點數，周期估計結果設為P。

第二步：對數據是否整周期進行判斷。假定N除以P的商是k，余數為m。若m=0，則相關長度與信號的整周期相匹配，成整數倍關系，此時數據無需處理。若m＞0，說明相關長度超過k個周期但未達到k+1個周期。

第三步：進行數據處理。可分兩種情況進行數據處理：

1)進行數據的剔除，即根據信號的周期性，從采樣數據x，y中剔除整周期數據外的m個數據[x_kP+1，…，x_kP+m]，[y_kP+1，…，y_kP+m]，使相關長度為整周期，剔除數據后的信號序列為：