CN102063412B - 一种递推离散傅里叶变换工程处理方法和系统 - Google Patents
一种递推离散傅里叶变换工程处理方法和系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明实施例公开了一种递推离散傅里叶变换工程处理方法和系统，所述方法由于在主循环中利用全波离散傅里叶变换算法反复校正所述采样中断中递推运算计算出的矢量，保证了所述递推离散傅里叶变换算法中存在的误差不会长时间累积，从而克服了在长周期中所述误差累积造成的信号大幅度波动的缺点；并且，在前半周期内，根据当前采样结果采用半波递推运算，在半个周期内算出了递推运算的结果，整体上加快了所述递推离散傅里叶变换的运算速度，增强了递推离散傅里叶变换算法在工程应用中信号处理的及时性。
Description
技术领域
本发明涉及自动化控制技术领域，更具体地说，涉及一种递推离散傅里叶变换工程处理方法和系统。
背景技术
在计算机周期信号处理中，全波傅里叶算法是常用的信号处理方法，对于每周期的N点采样点来说，一次全波傅里叶算法需要2N次乘法和2(N-1)次的加法，由于该种算法的运算次数会随着信号种类数目、谐波数目和每周期采样点数N的增加而显著增加，故对进行运算的CPU提出了更高的要求，从而增加了运算系统的成本。
鉴于所述全波傅里叶算法的技术缺陷，递推算法的运用大大降低了对运算芯片的性能要求，使得运算系统的成本降低。
然而，现有的此种递推算法却在工程应用中存在有以下缺陷，由于递推算法的离散采样频率和实际频率实际上会产生误差，该误差对单个采样点而言不会造成信号波动，而应用在工程中则由于该误差不会缩小，以公式作为说明：设实际频率为f，采样频率为f1，相幅A、相位θ相同，有如下公式：
Δ(x)＝A(sin(2∏f1x+θ)-A(sin(2∏fx+θ)
Δ(x)＝2Acos(∏(f+f1)x+θ)sin(∏(f1-f)x)
有：
-2Asin(∏(f1-f)x)＜＝Δ(x)＜＝2Asin(∏(f1-f)x)
从上式可以看出，式中的Δ(x)会以最大2倍相幅，以频率|f1-f|周期变化。而不断累积造成了长周期(半个小时以上)信号的大幅度波动，并且，所述递推算法的计算结果在工程应用上，计算结果输出的及时性不能满足某些信号处理场合的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种递推离散傅里叶变换工程处理方法和系统，反复使用全波傅里叶算法结果校正递推算法的结果，以实现校正递推算法的结果而消除长周期的大幅度信号波动，并且，采用半波递推算法有效加快所述递推离散傅里叶变换的运算速度。
一种递推离散傅里叶变换工程处理方法，包括：
在主循环中，按照全波离散傅里叶变换算法计算得出第一矢量；
在该主循环的后续采样中断中，以所述第一矢量为初值进行递推离散傅里叶变换计算，得到第二矢量；
利用所述第一矢量覆盖所述第二矢量。
上述实施方式由于在主循环中利用全波离散傅里叶变换算法校正并且覆盖所述采样中断中递推傅里叶变换算法计算出的矢量，保证了所述递推离散傅里叶变换算法中存在的误差不会长时间累积，从而解决了所述误差累积造成的信号大幅度波动的问题。
优选地，以所述第一矢量为初值进行递推离散傅里叶变换计算，得到第二矢量具体为：
在所述采样中断中，将分别获取的模数AD通道中的采样值的点和比较点的值相减求差，得到差值，所述比较点在所述采样点的前一周期处；
将所述差值结合获取的正余弦指针进行递推离散傅里叶变换运算，得到第三矢量，所述第三矢量为一周期内信号的增量矢量；
将所述第三矢量的二倍与所述第一矢量相加，得到所述第二矢量。
该实施方式在前半周期内，根据当前采样结果，采用半波递推运算，在半个周期内算出了递推运算的结果，整体上加快了所述递推离散傅里叶变换的运算速度，增强了递推算法在工程应用中信号处理的及时性。
优选地，所述算法还包括：在进行所述递推离散傅里叶运算时进行半波补偿，具体为：
利用获取的半波补偿点的值与所述差值相减，进行半波补偿，所述半波补偿点在所述采样点的前半个周期处。
本实施方式，利用所述半波补偿点对所述递推算法的结果进行补偿，从而确保了所述半波递推算法的正确性。
优选地，所述按照全波离散傅里叶变换算法计算出第一矢量，具体为：
在主循环中，对该周期内采集的采样点进行全波离散傅里叶变换计算。
优选地，所述算法还包括：在采样中断中，对获取的采样点、比较点、半波补偿点和正余弦指针进行迁移，并将迁移后的AD通道的采样点的值和比较点的值相减求差，得到所述差值。
优选地，所述算法还包括程序预处理，包括：
在主循环中，根据采样设计要求，生成相应的正余弦表；
对进行采样的缓冲区进行初值设定；
对获取的所述采样点、所述比较点、所述半波补偿点和所述正余弦指针赋初值。
本实施方式，是在本发明中的初始化模块中进行程序的预处理及相关参变量赋初值。
优选地，还包括：在频率中断中，获取用于在所述AD通道中进行采样的采样频率。
一种递推离散傅里叶变换系统，包括：
全波离散傅里叶变换单元，用于在主循环中，按照全波离散傅里叶变换算法计算得出第一矢量；
递推离散傅里叶变换单元，用于在该主循环的后续采样中断中，以所述第一矢量为初值进行递推离散傅里叶变换计算，得到第二矢量；
校正单元：利用所述第一矢量覆盖所述第二矢量。
优选地，所述递推离散傅里叶变换单元，具体为半波递推离散傅里叶变换单元，用于在所述采样中断中，将分别获取的模数AD通道中的采样值的点和比较点的值相减求差，得到差值，所述比较点在所述采样点的前一周期处；
将所述差值结合获取的正余弦指针进行递推离散傅里叶变换运算，得到第三矢量，所述第三矢量为一周期内信号的增量矢量；
将所述第三矢量的二倍与所述第一矢量相加，得到所述第二矢量。
优选地，所述系统还包括：半波补偿单元，所述半波补偿单元利用获取的半波补偿点的值与所述差值相减，进行半波补偿，所述半波补偿点在所述采样点的前半个周期处。
所述系统与所述算法对应，使用全波傅里叶算法结果校正递推算法的结果，以实现校正递推算法的结果而消除长周期的大幅度信号波动，且采用半波递推算法有效加快所述递推离散傅里叶变换的运算速度。
从上述的技术方案可以看出，本发明实施例由于在主循环中利用全波离散傅里叶变换算法反复校正所述采样中断中递推运算计算出的矢量，保证了所述递推离散傅里叶变换算法中存在的误差不会长时间累积，从而克服了在长周期中所述误差累积造成的信号大幅度波动的缺点；并且，在前半周期内，根据当前采样结果采用半波递推运算，在半个周期内算出了递推运算的结果，整体上加快了所述递推离散傅里叶变换的运算速度，增强了递推离散傅里叶变换算法在工程应用中信号处理的及时性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种递推离散傅里叶变换工程处理方法流程图；
图2为本发明实施例公开的一种递推离散傅里叶变换工程处理方法流程图；
图3为本发明实施例公开的一种递推离散傅里叶变换工程处理方法流程图；
图4为本发明实施例公开的一种递推离散傅里叶变换工程处理系统结构示意图；
图5为本发明实施例公开的一种递推离散傅里叶变换工程处理系统结构示意图。
具体实施方式
为了引用和清楚起见，下文中使用的技术名词、简写或缩写总结如下：
CPU：Central Processing Unit，中央处理器；
DFT：Direct Fouriet Transformer，离散傅里叶变换；
AD：模拟信号转换为数字信号。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种递推离散傅里叶变换工程处理方法和系统，反复使用全波傅里叶算法结果校正递推算法的结果，以实现校正递推算法的结果而消除长周期误差累积造成的信号大幅度波动，并且采用半波递推算法有效加快所述递推离散傅里叶变换的运算速度。
图1示出了一种递推离散傅里叶变换工程处理方法，包括：
步骤101：在主循环中，按照全波离散傅里叶变换算法计算得出第一矢量；
步骤102：在该主循环的后续采样中断中，以所述第一矢量为初值进行递推离散傅里叶变换计算，得到第二矢量；
步骤103：利用所述第一矢量覆盖所述第二矢量。
本实施例中，反复用传统的全波傅里叶变换算法进行递推算法的结果，从而保证了所述递推算法的结果在工程应用中的要求。
更为具体地，在主循环中利用全波离散傅里叶变换算法校正并且覆盖所述采样中断中计算出的矢量，保证了所述递推离散傅里叶变换算法中存在的误差不会长时间累积，从而解决了所述误差累积造成的信号大幅度波动的问题。
需要说明的是，本实施例中利用所述全波离散傅里叶变换算法对递推算法进行校正，可在程序指定的周期内进行；也可根据实际的工程需要，在每个周期内进行校正，目的在于消除所述递推算法中存在的误差在长周期信号中的积累，而造成的信号波动问题，而不对校正周期做限定。
图2示出了又一种递推离散傅里叶变换工程处理方法，包括：
步骤201：在主循环中，按照全波离散傅里叶变换算法计算得出第一矢量；
具体地，本步骤是在主循环中，对该周期内采集的采样点进行全波离散傅里叶变换计算。
步骤202：在所述采样中断中，将分别获取的模数AD通道中的采样值的点和比较点的值相减求差，得到差值，所述比较点在所述采样点的前一周期处；
步骤203：将所述差值结合获取的正余弦指针进行递推离散傅里叶变换运算，得到第三矢量，所述第三矢量为一周期内信号的增量矢量；
步骤202和步骤203，是在前半周期内根据当前采样结果，预测后半周期相同相位点的值，并将预测值叠加到前半周期相同相位的点上进行递推运算，从而在半个周期内算出了递推运算的结果，增强了递推算法在工程应用中信号处理的及时性。
步骤204：将所述第三矢量的二倍与所述第一矢量相加，得到所述第二矢量；
所述第二矢量就是根据当前模数AD通道中的采样点的值采用半波递推算法得到的结果矢量。
需要指出的是：步骤202-步骤204体现的是，在前半周期内根据当前采样结果，预测后半周期相同相位点的值，并将预测值叠加到前半周期相同相位的点上进行递推离散傅里叶变换运算，从而在半个周期内算出了递推运算的结果，并在进行所述递推离散傅里叶运算时进行半波补偿，所述半波补偿具体为：利用获取的半波补偿点的值与所述差值相减，进行半波补偿，所述半波补偿点在所述采样点的前半个周期处。
步骤205：利用所述第一矢量覆盖所述第二矢量。
本实施例采用半波递推运算，在半个周期内算出了递推运算的结果，整体上加快了所述递推离散傅里叶变换的运算速度，是所述递推离散傅里叶变换算法更适合工程应用的要求。
图3示出了又一种递推离散傅里叶变换工程处理方法，包括：
步骤301：在频率中断中，获取用于在所述AD通道中进行采样的采样频率；
步骤302：程序预处理，具体为：
在主循环中，根据采样设计要求，生成相应的正余弦表；
对进行采样的缓冲区进行初值设定；
对获取的所述采样点、所述比较点、所述半波补偿点和所述正余弦指针赋初值。
步骤303：在采样中断中，对获取的所述采样点、比较点、半波补偿点和正余弦指针进行迁移；
步骤304：在主循环中，按照全波离散傅里叶变换算法计算得出第一矢量；
步骤305：在所述采样中断中，将分别获取的模数AD通道中的采样值的点和比较点的值相减求差，得到差值，所述比较点在所述采样点的前一周期处；
步骤306：将所述差值结合获取的正余弦指针进行递推离散傅里叶变换运算，得到第三矢量，所述第三矢量为一周期内信号的增量矢量；
步骤307：将所述第三矢量的二倍与所述第一矢量相加，得到所述第二矢量；
所述第二矢量就是根据当前模数AD通道中的采样点的值采用半波递推算法得到的结果矢量；
需要指出的是：步骤305-步骤307体现的是，在前半周期内根据当前采样结果，预测后半周期相同相位点的值，并将预测值叠加到前半周期相同相位的点上进行递推离散傅里叶变换运算，从而在半个周期内算出了递推运算的结果，并在进行所述递推离散傅里叶运算时进行半波补偿，所述半波补偿具体为：利用获取的半波补偿点的值与所述差值相减，进行半波补偿，所述半波补偿点在所述采样点的前半个周期处。
步骤308：利用所述第一矢量覆盖所述第二矢量；
本实施例中，利用所述半波补偿点对所述递推算法的结果进行补偿，从而确保了所述半波递推算法的正确性。
本实施例体现了在主循环中的程序预处理、参变量的获取和赋初值等内容，并利用半波补偿点对所述半波递推算法进行补偿。
图4示出了一种递推离散傅里叶变换工程处理系统，包括：
全波离散傅里叶变换单元401，用于在主循环中，按照全波离散傅里叶变换算法计算得出第一矢量；
递推离散傅里叶变换单元402，用于在该主循环的后续采样中断中，以所述第一矢量为初值进行递推离散傅里叶变换计算，得到第二矢量；
所述递推离散傅里叶变换单元，具体为半波递推离散傅里叶变换单元，用于在所述采样中断中，将分别获取的模数AD通道中的采样值的点和比较点的值相减求差，得到差值，所述比较点在所述采样点的前一周期处；
将所述差值结合获取的正余弦指针进行递推离散傅里叶变换运算，得到第三矢量，所述第三矢量为一周期内信号的增量矢量；
将所述第三矢量的二倍与所述第一矢量相加，得到所述第二矢量。
校正单元403：利用所述第一矢量覆盖所述第二矢量。
图5示出了一种递推离散傅里叶变换工程处理系统，相同之处参见图4及其对应的系统结构，先仅对不同之处进行说明，在图5中，还示出了：
半波补偿单元404，所述半波补偿单元利用获取的半波补偿点的值与所述差值相减，进行半波补偿，所述半波补偿点在所述采样点的前半个周期处。
所述系统与所述算法对应，使用全波傅里叶算法结果校正递推算法的结果，以实现校正递推算法的结果而消除长周期的大幅度信号波动，且采用半波递推算法有效加快所述递推离散傅里叶变换的运算速度。
综上所述：
本发明的实施例由于在主循环中利用全波离散傅里叶变换算法反复校正所述采样中断中递推运算计算出的矢量，保证了所述递推离散傅里叶变换算法中存在的误差不会长时间累积，从而克服了在长周期中所述误差累积造成的信号大幅度波动的缺点；并且，在前半周期内，根据当前采样结果采用半波递推运算，在半个周期内算出了递推运算的结果，整体上加快了所述递推离散傅里叶变换的运算速度，增强了递推离散傅里叶变换算法在工程应用中信号处理的及时性。
本发明的实施例还公开了与所述算法对应的系统，所述系统的各个单元配合，使用全波傅里叶算法结果校正递推算法的结果，以实现校正递推算法的结果而消除长周期的大幅度信号波动，且采用半波递推算法有效加快所述递推离散傅里叶变换的运算速度。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种递推离散傅里叶变换信号处理方法，其特征在于，包括：
在主循环中，按照全波离散傅里叶变换算法计算得出第一矢量；
在该主循环的后续采样中断中，以所述第一矢量为初值进行递推离散傅里叶变换计算，得到第二矢量，包括：
在前半周期内，将分别获取的模数AD通道中的采样点的值和比较点的值相减求差，得到差值，所述比较点在所述采样点的前一周期处；
将所述差值结合获取的正余弦指针进行递推离散傅里叶变换运算，得到第三矢量，所述第三矢量为一周期内信号的增量矢量；
将所述第三矢量的二倍与所述第一矢量相加，得到所述第二矢量；
利用所述第一矢量覆盖所述第二矢量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：在进行所述递推离散傅里叶运算时进行半波补偿，具体为：
利用获取的半波补偿点的值与所述差值相减，进行半波补偿，所述半波补偿点在所述采样点的前半个周期处。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照全波离散傅里叶变换算法计算出第一矢量，具体为：
在主循环中，对该周期内采集的采样点进行全波离散傅里叶变换计算。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：在采样中断中，对获取的采样点、比较点、半波补偿点和正余弦指针进行迁移，并将迁移后的AD通道的采样点的值和比较点的值相减求差，得到所述差值。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括程序预处理，包括：
在主循环中，根据采样设计要求，生成相应的正余弦表；
对进行采样的缓冲区进行初值设定；
对获取的所述采样点、所述比较点、所述半波补偿点和所述正余弦指针赋初值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：在频率中断中，获取用于在所述AD通道中进行采样的采样频率。
7.一种递推离散傅里叶变换信号处理系统，其特征在于，包括：
全波离散傅里叶变换单元，用于在主循环中，按照全波离散傅里叶变换算法计算得出第一矢量；
递推离散傅里叶变换单元，用于在该主循环的后续采样中断中，以所述第一矢量为初值进行递推离散傅里叶变换计算，得到第二矢量：
所述递推离散傅里叶变换单元具体为半波递推离散傅里叶变换单元，用于在前半周期内，将分别获取的模数AD通道中的采样点的值和比较点的值相减求差，得到差值，所述比较点在所述采样点的前一周期处；
将所述差值结合获取的正余弦指针进行递推离散傅里叶变换运算，得到第三矢量，所述第三矢量为一周期内信号的增量矢量；
将所述第三矢量的二倍与所述第一矢量相加，得到所述第二矢量；
校正单元：利用所述第一矢量覆盖所述第二矢量。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括：半波补偿单元，所述半波补偿单元利用获取的半波补偿点的值与所述差值相减，进行半波补偿，所述半波补偿点在所述采样点的前半个周期处。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Deng Chengyun Inventor after: Feng Yan Inventor after: Jiang Jie Inventor before: Sun Xiaojiang Inventor before: Jiang Jie Inventor before: Tang Kunming Inventor before: Tao Zhijian Inventor before: Zhang Taiqin Inventor before: Huang Lian Inventor before: Deng Chengyun Inventor before: Feng Yan |
|
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: SUN XIAOJIANG JIANG JIE TANG KUNMING TAO ZHIJIAN ZHANG TAIQIN HUANG LIAN DENG CHENGYUN FENG YAN TO: DENG CHENGYUN FENG YAN JIANG JIE |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20170120 Address after: 400000 Jiulongpo District of Chongqing Science Park Road No. 200 No. C-24-5 Patentee after: Chongqing New Century Electric Technology Co., Ltd. Address before: Jiulongpo Branch Park Four 400000 Chongqing Road No. 170 Patentee before: Chongqing New Centry Electrical Co., Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20181227 Address after: 400 000 No. 170, Keyuan No. 4 Road, Jiulongpo District, Chongqing Patentee after: Xinshiji Electrical Co., Ltd., Chongqing Address before: 400 000 No. 200 C-24-5 Keyuan Road, Jiulongpo District, Chongqing Patentee before: Chongqing New Century Electric Technology Co., Ltd. |