一种多普勒信号的瞬时频率提取方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106054159A(43)申请公布日2016.10.26(21)申请号201610312553.X(22)申请日2016.05.12(71)申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号申请人郑州轻工业学院(72)发明人王国华许思晨聂晶(74)专利代理机构北京永创新实专利事务所11121代理人祗志洁(51)Int.Cl.G01S7/493(2006.01)G01S17/58(2006.01)G01P5/26(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种多普勒信号的瞬时频率提取方法(57)摘要本发明是一种多普勒信号的瞬时频率提取方法，属于信号处理技术领域。本发明对于各类干涉测速仪输出的多普勒信号，首先选定合适的小波、阈值类型、分解层数及消失矩等参数，对输出信号进行小波去噪以平滑边缘；之后，采用迭代的方式对去噪后的信号进行调幅-调频分解，提取信号的包络并进行归一化；最后，采用直接正交法对归一化的信号进行瞬时频率提取，并采用最小二乘拟合的方式得到瞬时频率的估计曲线。本发明先对信号进行去噪，使得本来对噪声较敏感的直接正交法可以应用于多普勒信号，仿真结果证明了在参数选择得当的情况下，采用本发明得到的瞬时频率值与理论值的误差小于0.5％，且计算时间与采样点数成正相关，计算速度较快。CN106054159ACN106054159A权利要求书1/1页1.一种多普勒信号瞬时频率提取方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，对干涉仪输出的多普勒信号进行小波去噪，设小波去噪后得到的信号为s(t)；t为时间参数，第k个采样点的采样时间t＝k/fs，fs为采样频率，k为正整数；所述的多普勒信号，频率在250MHZ以下，信噪比大于等于10dB；步骤2，获取信号s(t)的包络；获取方法是：对信号s(t)取绝对值，得到信号｜s(t)｜，提取信号｜s(t)|的极大值，并对各个极大值点进行插值处理，得到信号s(t)的包络e(t)；对信号s(t)进行归一化处理，得到信号y1(t)＝s(t)/e(t)；步骤3，对于yi(t)，判断是否存在某个时间点tk使得yi(tk)＞1，若是，执行步骤4；否则，进入步骤5执行；i初始为1；步骤4，求取yi(t)的包络ei(t)，再进行归一化处理，得到yi+1(t)＝yi(t)/ei(t)；将i自增1，进入步骤3执行；步骤5，设步骤3输出的归一化的多普勒信号为yi(t)，采用直接正交法提取信号的瞬时频率f(t)如下：其中，yi′(t)、yi″(t)分别为信号yi(t)的一阶、二阶导数；步骤6，根据选定拟合次数p，对各个时刻的瞬时频率进行多项式拟合，采用最小二乘估计准则估计系数kj，进而得到各个时刻瞬时频率的估计值2.根据权利要求1所述的一种多普勒信号瞬时频率提取方法，其特征在于，所述的步骤1进行小波去噪时，选择symlets小波，软阈值，设置分解层数在5-8之间，设置消失矩在15-20之间。2CN106054159A说明书1/4页一种多普勒信号的瞬时频率提取方法技术领域[0001]本发明涉及一种多普勒信号的瞬时频率提取方法，尤其是对各类激光速度干涉仪的输出信号进行瞬时频率提取，属于信号处理技术领域。背景技术[0002]自从激光首次被证明可应用于流速测量后，激光多普勒测速仪在医学、计量学、化学等很多领域都得到了广泛的应用。虽然目前激光多普勒测速技术在流体速度测量方面已经很成熟，可以达到很高的精度，但是在测量固体速度上还存在一些问题，尤其是具有较大加速度的固体。其原因就在于固体的反射情况相对于流体要更复杂，输出的信号大多为非平稳信号，信号处理的难度较大。[0003]对大多数多普勒测速仪来说，由于瞬时速度与瞬时频率成正比关系，因此测量的核心就在于瞬时频率测量。目前多普勒信号的瞬时频率提取方法主要有以下几种，第一种是短时傅里叶变换法，这种方法已提出多年，现在在特定情况下仍能发挥很好的效果。但是短时傅里叶变换的缺点也很明显，由于其窗函数是固定的，因此很难保证时域和频域都具有高精度，尤其是加速度非常大的情况；第二种方法是小波变换法，这种方法解决了短时傅里叶变换的缺点，同时也具有较高的精度，但是这种方法的缺点就是计算速度偏慢，若参数选的不恰当会使运行时间大幅增加；第三种方法是希尔伯特黄变换法，这种方法近几年被证明可以应用于多普勒信号处理这一领域，但是由于希尔伯特黄变换的要求条件比较苛刻，因此这种方法只能在物体加速度很小的情况下使用，否则会产生严重的边界效应，使结果的精度大幅降低。[0004]直接正交法是近几年新提出的一种瞬时频率提取方法，但是其抗噪性较差，大多研究只停留在理论信号的处理上，对于附加噪声的实际信号具有较大误差。发明内