[发明专利]一种时域信号的数字时频测量方法及相应的目标识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子与时频测量技术领域，具体地说，本发明涉及一种时域信号的数字时频测量方法。

背景技术

频谱仪是一种典型的频谱测量装置，它广泛应用于电工电子、物理化学、生物医学与国防安全等各领域。随着应用水平和要求的逐步提高，人们对频谱仪功能的要求也越来越高。例如超声波诊断、心电图和脉冲雷达方面的应用，频谱仪不仅需要具有优良的频谱分辨能力，还应当具备优良的时间分辨能力。

目前国内外市场流行的频谱仪是基于傅里叶变换的频谱仪，对于幅度谱，它具备良好的频谱分辨能力和时间分辨能力，能够在一定程度上处理复杂的瞬态响应的信号及其衍生信号的演变。然而，傅里叶变换存在时域的窗口截断效应，它需要利用有限的时间窗口内的信号来近似表示无限时长的信号，这造成相位测量与幅度测量存在明显偏差。即现有的基于傅里叶变换的频谱仪在准确测出信号的幅度谱的同时，其同时所测出的相位谱存在较大的偏差甚至错误。而相位谱能够反映被测信号的大量特征，如果不能准确地同步测出幅度谱和相位谱，就难以完整地分析信号(尤其是复杂的瞬态响应的信号及其衍生信号)中所携带的信息。

为克服上述缺陷，中国专利申请CN 101308175A提出了一种在傅里叶变换基础上的改进方案，该方案在傅里叶变换过程中引入了一些参数对其相位谱进行修正，从而在一定程度上缩小了相位偏差。然而这种方案不能从根本上改变傅里叶变化中的时域窗口截断效应，并且这种方案有可能因人为引入参数带来额外的偏差，因此其相位谱的准确度仍然存在不足，有待提高。

因此，当前迫切需要一种能够准确地同步测出时域信号的幅度谱和相位谱的解决方案。

发明内容

本发明的任务是提供一种能够准确地同步测出时域信号的幅度谱和相位谱的解决方案。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种数字时频测量方法，包括下列步骤：

1)设定时间窗口长度ΔT，根据所设定的时间窗口长度ΔT和待测信号的采样率v确定能够测量的频谱范围，该频谱范围是：1/ΔT到v/2；

2)用时间窗口截取待测信号，得到当前时间点对应的待处理信号分片；

3)在步骤1)确定的范围内设定离散频点序列，对于频点序列中的每个频点，用频率值等于当前频点，且相位差恒定为90度的两个正弦参考信号，分别对当前待处理信号分片进行相关计算；将所述两个参考信号对应的相关计算结果分别作为实部和虚部组成复数，计算所组成的复数模与幅角，将所述模与幅角分别作为当前时间点、当前频点的幅度值和相位值；

4)将下一个时间点设定为当前时间点，重复执行步骤2)至3)，直到得到被测信号每个时间点和频点组合所对应的幅度值和相位值。

其中，所述步骤1)中，所确定的所述频谱范围是：2/ΔT到v/5。

其中，所述步骤3)还包括：对于每个当前频点f，计算其所对应的当前周期k/f，从当前的所述待处理信号分片中舍去待处理信号分片末尾的一段数据，以保证参与相关计算的待处理信号的时间长度是当前频点对应周期长度1/f的整数倍；并且，每个所述参考信号的时间长度均与所述参与相关计算的待处理信号的时间长度一致。

其中，所述步骤3)还包括：通过在所述步骤1)确定的范围内线性取点或非线性取点设定所述的离散频点序列。

其中，所述步骤3)中，所述非线性取点包括：对数均匀取点，多项式函数均匀取点或者倒数均匀取点。即在步骤1)确定的范围内，沿着对数，多项式或者倒数函数在横坐标轴上进行均匀取点，所取点的纵坐标就是所取的频点值，这样所得到的离散频点序列就会沿着对数，多项式或者倒数函数排列，从而更加灵活地获得所需的时频谱。

其中，所述步骤3)中，当设定所述的离散频点序列采用线性取点时，对于离散频点序列中的任意一个频点f，使时间窗口长度ΔT是该频点f对应的周期长度1/f的整数倍。

与现有技术相比，本发明具有下列技术效果：

1、能够在准确测出幅度时频谱的同时准确测出相位时频谱。

2、抗噪能力强。

3、响应速度快。

4、时间分辨力高。

附图说明

图1示出了本发明技术原理的示意图；

图2示出了本发明一个实施例的流程图；

图3示出了本发明一个实施例中的一个待分析信号的时域波形图；

图4示出了对于图3的被分析信号，根据本发明一个实施例所测的幅度与相位频谱(灰线表示)与传统的傅里叶变换方案所测的幅度与相位频谱(黑色方框连线表示)的对照示意图；