一种数据延拓式相关的相位差测量方法

摘要

本发明涉及信号处理领域，特别是一种数据延拓式相关的相位差测量方法。本发明的适用对象为任意同频正弦信号的相位差测量，本发明包括以下步骤：首先，对采样信号作周期预估计；然后，对数据长度是否整周期进行判断，对非整周期的数据长度作整周期数据延拓处理，使相关计算的长度恰好或者近似为整周期，从而达到提高相关法相位差测量精度的目的；最后，利用相关法相位差计算公式计算得到信号的相位差。本发明涉及的相位差测量方法实现简单、抗噪性能更强、精度更高，消除了相关法相位差测量精度受非整周期采样的影响，可结合其它方法共同提高相关法的相位差测量精度。

主权项

一种数据延拓式相关的相位差测量方法，其特征在于：适用对象为任意同频正弦信号的相位差测量；该方法包括以下步骤：第一步：对信号的频率或周期进行预估计。假定获得两路短时信号的采样数据分别为x＝[x₁，x₂，···，x_N‑1，x_N]，y=[y₁，y₂，…，y_N‑1，y_N]，P∈Z⁺为一个周期的采样点数，周期估计结果设为P。第二步：对数据是否整周期进行判断。假定N除以P的商是k，余数为M。若m=0，则相关长度与信号的整周期相匹配，成整数倍关系，此时数据无需处理。若m＞0，说明相关长度超过k个周期但未达到k+1个周期。第三步：进行数据处理。可分两种情况进行数据处理：1)进行数据的剔除，即根据信号的周期性，从采样数据x，y中剔除整周期数据外的m个数据[x_kP+1，…，x_kP+m]，[y_kP+1，…，y_kP+m]，使相关长度为整周期，剔除数据后的信号序列为：x_e=[x₁，x₂，…，x_kP]，y_e=Ly₁，y₂，…，y_kP]2)进行数据的延拓，即根据信号的周期性，从采样数据x，y中查找P‑m个数据[x_(k‑1)P+m+1，…，x_kP]，[y_(k‑1)P+m+1，…，y_kP]，将其合并到原数据序列x，y之后，使相关长度为整周期，数据延拓后的信号序列为：x_e=[x₁，x₂，…，x_N，x_(k‑1)P+m+1，…，x_kP]，y_e=[y₁，y₂，…，y_N，y_(k‑1)P+m+1，…，y_kP]需要指出的是，针对短时正弦信号，由于获得信号的采样数据点数较少，且信号里还带有噪声的干扰，通过数据剔除调整信号序列为整周期的办法可提高算法测量精度，但会减少数据本身所带有的信息量；采用数据延拓的办法，在原有数据点数的基础上，增加了数据的信息量，在提高算法精度的同时，也可提高算法的抗噪性，其实用性更强。第四步：利用相关法计算相位差。把经数据延拓处理后的信号x_e，y_e分别作自相关和互相关运算，再利用互相关函数计算出相位差。假定Δθ为两路信号的相位差，R_xy(0)、R_xx(0)、R_yy(0)分别为x_e，y_e的互相关和自相关函数，则$\mathrm{\Delta \theta }=\arccos \left(\frac{R_{\mathrm{xy}}\left(0\right)}{\sqrt{R_{\mathrm{xx}}\left(0\right)}\sqrt{R_{\mathrm{yy}}\left(0\right)}}\right)$