結合信號諧波特性的均值參數測量窗設計

周期信號(實際中為周期和幅度均隨時間變化的準周期信號)是人類活動中廣為應用的一類信號,如電網電壓與電流信號,廣播、通信和雷達等各類無線電設備發射的電波信號,引擎與馬達發出的振動信號等等。周期信號參數的實時、準確測量是電子測量的基本內容,是設備工作狀態分析與故障診斷的重要依據。均值參數是一類重要參數,其計算的核心環節為求信號的均值,如周期信號的有效值、功率及功率的導出參數等均屬于周期信號的均值參數

。基于信號采樣法對周期信號均值參數的測量主要有同步采樣法

和非同步采樣法

。本文研究非同步采樣法,通過加窗函數的優化設計實現非同步測量誤差的有效抑制。均值參數非同步采樣測量的主要步驟為信號的周期預估、采樣、截取與加窗求均值。由于采樣周期只能取整數個時鐘周期,因而信號的截取和采樣均與信號周期不同步,這將導致均值參數的測量誤差。為了方便,在頻域中對周期信號均值參數的測量誤差進行分析。信號在時域中的加窗和非同步采樣,在頻域中分別表現為頻譜泄漏和柵欄效應

,二者均會導致諧波測量誤差。為了抑制加窗引起的頻譜泄漏,人們針對不同應用背景和需求下的信號分析構建了一系列窗函數

。為了抑制非同步采樣引起的柵欄效應,采用了多譜線插值

以及構造平頂窗

等多種方法。信號均值在頻域中對應直流分量,而直流分量的頻域采樣不存在柵欄效應,對其測量誤差的分析只需考慮基波和各次諧波在直流分量處的泄漏干擾。……