基于數(shù)據(jù)延拓和Hilbert變換的相位差測量方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及信號處理領(lǐng)域，特別是相位差的測量方法。本發(fā)明的適用對象為同頻正弦信號的相位差測量，包括以下步驟：首先，對兩路同頻正弦信號進(jìn)行數(shù)據(jù)延拓，使數(shù)據(jù)延拓后的信號(數(shù)據(jù)延拓信號)成為整周期采樣信號；其次，對數(shù)據(jù)延拓信號進(jìn)行Hilbert變換，獲得解析信號；然后，計算解析信號的互相關(guān)和自相關(guān)，分別得到互相關(guān)信號和自相關(guān)信號；最后，對互相關(guān)信號和自相關(guān)信號進(jìn)行互相關(guān)運算得到互相關(guān)函數(shù)，利用互相關(guān)函數(shù)相位的加權(quán)平均獲得相位差估計值。本發(fā)明涉及的同頻正弦信號相位差測量方法能夠充分運用同頻正弦信號的信息，提高相位差測量精度，改善相位差測量的抗噪性能。
【專利說明】基于數(shù)據(jù)延拓和HiIbert變換的相位差測量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及信號處理領(lǐng)域，特別是相位差的測量方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 正弦信號的相位差測量廣泛應(yīng)用于戰(zhàn)場檢測、設(shè)備故障診斷、雷達(dá)、工業(yè)測量等領(lǐng) 域。例如，科里奧利質(zhì)量流量計就是通過測量兩路正弦信號之間的相位差獲得流體的質(zhì)量 流量；發(fā)電機(jī)出廠試驗需要檢測發(fā)電機(jī)三相輸出電壓的相位差，對相位差的精確測量有很 高的要求，所以正弦信號相位差測量方法具有重要的研宄意義和應(yīng)用價值。
[0003] 近年來涌現(xiàn)出了多種相位差測量方法，主要有：過零檢測法、相關(guān)法、希爾伯特變 換法、離散時間傅里葉變換法等。
[0004] (1)過零檢測法（參考文獻(xiàn)[1]:任海東，尹文慶，胡飛·基于LabVIEW的三種相位 差測量法的對比分析[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2010,1 :263-268.):該方法通過計算兩路正弦 信號過零時刻的時間差，將時間差轉(zhuǎn)換為相位差。該方法計算量小，測量速度快，但抗噪能 力較差。
[0005] (2)相關(guān)法（參考文獻(xiàn)[2]:沈廷鰲，涂亞慶，李明，張海濤.基于相關(guān)原理的相位 差測量改進(jìn)算法及應(yīng)用[J].振動與沖擊，2014,33(21) :177-182.):該方法通過兩路正弦 信號的互相關(guān)和自相關(guān)獲得信號的相位差。該方法無需預(yù)知信號的頻率即可獲得兩路信號 的相位差，但是其抗噪能力較差，且信號為非整周期采樣時誤差較大。
[0006] (3)希爾伯特變換法（參考文獻(xiàn)[3]:劉維來，趙璐，王克逸，馮志華，龍潛.基于希 爾伯特變換的科式流量計信號處理[J].計量學(xué)報，2013, 34(5) :446-451.):該方法通過對 兩路正弦信號進(jìn)行Hilbert變換，得到解析信號，通過解析信號的互相關(guān)獲得信號的相位 差。該方法原理簡單，但是信號非整周期采樣時會出現(xiàn)端點效應(yīng)，導(dǎo)致相位差誤差較大，并 且僅采用零序號互相關(guān)值，抗噪性能還有待提高。
[0007] (4)離散時間傅里葉變換法（參考文獻(xiàn)[4]:張海濤，涂亞慶.基于DTFT的一種低 頻振動信號相位差測量新方法[J].振動工程學(xué)報，2007,20(2) :180-184.):該方法通過分 別計算兩路信號在信號頻率出的DTFT，求出其相位，相減之后得到兩路信號的相位差。該方 法是一種計及負(fù)頻率影響的相位差測量方法，特別適用于頻率很低或接近奈奎斯特頻率的 振動信號的相位差測量，具有較高的相位差測量精度，但需要預(yù)先估計出信號的頻率。
[0008] 綜上所述，正弦信號的相位差測量方法具有重要研宄意義和應(yīng)用價值，但現(xiàn)有方 法存在測量精度不高、抗噪能力較差等問題，需要提出一種測量精度高、抗噪能力強(qiáng)的相位 差測量方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是提出一種基于數(shù)據(jù)延拓和Hilbert變換的相位差測量方法，適用 于同頻正弦信號的相位差測量，提高相位差測量精度，改善相位差測量的抗噪性能。
[0010] 本發(fā)明提出一種基于數(shù)據(jù)延拓和Hilbert變換的相位差測量方法。
[0011] 本發(fā)明的基本思想：
[0012] 首先，對兩路同頻正弦信號進(jìn)行數(shù)據(jù)延拓，使數(shù)據(jù)延拓后的信號（數(shù)據(jù)延拓信號） 成為整周期采樣信號；其次，對數(shù)據(jù)延拓信號進(jìn)行Hilbert變換，獲得解析信號；然后，計算 解析信號的互相關(guān)和自相關(guān)，分別得到互相關(guān)信號和自相關(guān)信號；最后，對互相關(guān)信號和自 相關(guān)信號進(jìn)行互相關(guān)運算得到互相關(guān)函數(shù)，利用互相關(guān)函數(shù)相位的加權(quán)平均獲得相位差估 計值。
[0013] 設(shè)有兩路同頻正弦信號為：
[0014]

【權(quán)利要求】
1. 一種同頻正弦信號的相位差測量方法，其特征在于：適用對象為同頻正弦信號的相 位差測量。 該方法包括以下步驟：
【文檔編號】G01R25/00GK104483549SQ201410790446
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月13日
【發(fā)明者】涂亞慶, 沈艷林, 沈廷鰲, 張海濤 申請人:中國人民解放軍后勤工程學(xué)院