[发明专利]非周期信号的幅频谱检测方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及非周期信号处理技术领域，特别是涉及一种非周期信号的幅频谱检测方法，以及一种非周期信号的幅频谱检测系统。

背景技术

现代控制工程实践中，除了各种各样的控制策略与控制算法等方面研究之外，系统信号分析方法的研究也是一项永恒的课题。非周期信号的频域分析有着广泛的应用范围，一般认为傅里叶变换算法是实现非周期信号频域计算的有效手段之一，但也存在着较大的局限性，受制于时间窗口因素的影响存在频谱泄漏问题，影响分析结果。如图1所示是矩形时间窗口傅里叶变换结果示意图，图1给出了矩形脉冲信号在频域的连续幅频谱分布特性，为1个主波辫11和许多的副波辫12所构成，这种特性与阶跃信号真实的频域特性相差甚远。其根本原因在于：实际的工业过程信号大都具有非周期和终值不为零及时间无限长的特点，而在信号的处理上一般都需要进行时间上的截断处理，这样形成了时间窗口，其中矩形时间窗口是一种应用较多的时间截断形式。但矩形时间窗口存在频谱泄漏问题，严重影响工业过程信号的频域分析结果，这实际上也正是窗口傅里叶变换的局限性所在。

发明内容

基于此，本发明提供一种非周期信号的幅频谱检测方法和系统，能够有效克服矩形时间窗口的频谱泄漏问题，比较真实的获得非周期信号的频域特性。

一种非周期信号的幅频谱检测方法，包括如下步骤：

识别输入的非周期信号中所包含的阶跃信号频谱成分；

根据预设频率和预设频率带宽，从所述阶跃信号频谱成分中抽取出所述预设频率的正弦波信号；

在预设时间长度内检测所述抽取的正弦波信号过程值的最大绝对值，得到所述非周期信号的幅频谱。

一种非周期信号的幅频谱检测系统，包括：

识别模块，用于识别输入的非周期信号中所包含的阶跃信号频谱成分；

抽取模块，用于根据预设频率和预设频率带宽，从所述阶跃信号频谱成分中抽取出所述预设频率的正弦波信号；

检测模块，用于在预设时间长度内检测所述抽取的正弦波信号过程值的最大绝对值，得到所述非周期信号的幅频谱。

上述非周期信号的幅频谱检测方法和系统，从输入的非周期信号中识别出阶跃信号，根据检测需要，将需要的频率段从阶跃信号中提取出来形成正弦波信号，对正弦波信号过程值的最大值进行检测，从而得到非周期信号的幅频谱，较好地克服了矩形时间窗口截断的频谱泄漏，能够比较真实的反映非周期阶跃信号的频域分布特性。

附图说明

图1为传统技术中矩形时间窗口傅里叶变换结果示意图。

图2为本发明非周期信号的幅频谱检测方法在一实施例中的流程示意图。

图3为图2中正弦波信号峰值检测示意图。

图4为图2中阶跃信号频域幅频谱示意图。

图5为阶跃信号在矩形时间窗口长度为300s的频域幅频谱分布特性实验结果图。

图6为本发明非周期信号的幅频谱检测系统在一实施例中的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图2所示，是本发明非周期信号的幅频谱检测方法在一实施例中的流程示意图，包括如下步骤：

S21、识别输入的非周期信号中所包含的阶跃信号频谱成分；

S22、根据预设频率和预设频率带宽，从所述阶跃信号频谱成分中抽取出所述预设频率的正弦波信号；

S23、在预设时间长度内检测所述抽取的正弦波信号过程值的最大绝对值，得到所述非周期信号的幅频谱；

阶跃信号是系统时域分析中普遍采用的一种激励信号，但同时阶跃信号也是一种系统频域分析的理想频率信号激励源。但是，阶跃信号却不能够进行窗口傅里叶变换。在非周期信号的频域分析中，如果非周期信号的终值不为零，以非周期阶跃信号的窗口傅里叶变换为例，也就是先将阶跃信号在时间上截断为长度T，本质上构成了时间长度为T的矩形脉冲信号，然后对时间长度为T的矩形脉冲信号进行傅里叶变换。非周期阶跃信号的窗口傅里叶变换存在严重的频谱泄漏问题，变换结果已不能真实反映阶跃信号的频域幅频谱分布特性，另外窗口傅里叶变换也不能够进行信号的过程分析。