[发明专利]复数自适应相位估计

说明书

发明领域

本发明一般涉及估计复数信号之间的相位差，并且更具体地涉及用于准确地估计复数主信号和复数事件信号之间的相位差的系统、方法和设备。

背景

鲁棒的准确的瞬态平滑估计是实现较好地衡量几种类型的电机分析的成功的基础。已建立的技术经常显式或隐式地假设静态或准静态的电机操作。然而，在实践中，电机和负载环境是动态的，并依赖于无数的变量，如内部和外部温度、变化的负荷动态特性、基本频率和电压等。这样的变化的累积效应可以对许多类型的电机分析具有显著的不利影响。

参考自适应系统的模型（MRAS）是一种迭代自适应三相感应电机的电气模型的方法，其与假设准静态的电机操作的具有竞争力的方法相比，具有显著的性能优势，因为在假设准静态的电机操作的方法中，静态操作的假设经常被违反，这对模型精度产生了不利影响。MRAS高度依赖于鲁棒的瞬态平滑估计的可用性。从准确的瞬态平滑估计受益的应用包括，但不限于，高品质的电气和热的电机模型的合成，精确的电气速度估计，动态效率和输出功率估计，以及采用矢量控制的逆变器供给的感应电机。

平滑估计可以通过对三相感应电机的电压和电流信号及常用的电机特定的参数的被动分析来执行。在静态的环境中，平滑估计的精度通过提高频率的分辨率或频率估计的确定度来进行优化。由于电机操作通常不是静态的，鲁棒的平滑估计也取决于保留足够的时间分辨率，使得信号的无偏瞬态性质被观察。

通常通过傅立叶分析来进行频率估计。傅立叶分析是基于帧的，其对在固定的观察周期上定义的连续的时间信号序列进行运算。频率分辨率，其被定义为观测周期的倒数，可通过延长观察周期来提高。有效的频率分辨率的适度提高可通过局部频率内插及一般都依赖于所观察到的信号的性质的先验知识的其他技术实现。

在傅立叶分析中，隐含的是源信号在观察周期上是静态的，或者，实际上，它们在连续的时间序列上是静态的，在一些统计意义上，所述连续的时间序列通常超过观察周期。傅里叶分析对于其中感兴趣的信号违反隐含在特定的观察周期的定义中的静态条件的环境中的应用可能是不恰当的。这种情况可导致总的频率响应和被确定为对分析重要的瞬态信息的损失。傅立叶分析提出了时间范围与频率分辨率的困境。在以足够的精度来解析显著的谐波频率的观察期间时，静态条件被违反，且未能观察到重要的瞬态信息。

小于0.1Hz的有效的显著的谐波频率分辨率可以被定义为足够最小的，导致10秒的必要的观察期间，通过应用局部频率插值，其可以降低到不小于1.0秒。然而，超过10.0Hz的显著的谐波频率变化的情况并不少见。这样的信号的相对瞬态性质违反了隐含在最小观察周期的定义中的静止条件的要求。在维持显著的瞬态时间响应是非常重要的应用中，傅立叶分析不适于在鲁棒的准确的平滑估计中采用。

对于表现出例如，快速的收敛性、较低的计算复杂度、较低的存储要求的精确的相位估计具有持续的需要。

发明内容

一种复数自适应相位估计（PE）滤波器，如本公开的一些概念提出的，是一种准确地估计任意相位的两个复数信号之间的相位差的自适应滤波器。例如，通过使复数误差信号的均方误差最小化来迭代地调整复指数的相位，PE滤波器可以估计复数主信号和复数事件信号之间的相位差。复数自适应PE滤波器可以以灵活的和有效的计算形式提取复数信号的精确的差分或绝对相位估计。所述PE滤波器相对于其它已知方法，可以以较低的计算复杂度和较低的存储需求表现出精确的相位估计和快速的收敛。

单一复数信号的绝对相位估计可以在PE滤波器构造的简化中得到支持。在某些配置中，PE滤波器构造的简化相当于为复数事件信号分配单位值，这进一步降低了计算复杂度。PE滤波器可以支持具有最小的计算资源的环境中的简单的、实际的实现。高效的复数归一化近似也被开发以支持在计算受限制的环境中的实际的PE滤波器实现，包括具有实时响应约束的系统，及没有对除法或平方根运算有效的本地或功能支持的系统。

本自适应的结构和装置是独一无二的，在许多应用领域有着广泛的应用。潜在的应用包括，但不限于，反正切估计、部分样本延迟补偿，延迟估计、帧和位同步、相位调制（PM）解调。

根据本公开的某些方面，提供了一种估计复数主信号和复数事件信号之间的相位差的方法。所述方法包括：通过最小化复数误差信号的均方误差范数，迭代地调整复指数的相位;及响应于所述均方误差范数最小化，存储所述复数主信号和所述复数事件信号之间的相位差。