CN113341219B - 恒频交流供电系统频率调制幅度测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种恒频交流供电系统频率调制幅度测量方法及装置，该方法包括：获取待解调信号过零点的时刻及采样值，根据时刻及采样值构造取值集合；根据取值集合构造包含待解调信号时间特征的时间序列；对时间序列进行傅里叶分析，得到时间序列的直流分量幅值，根据直流分量幅值，待解调信号的交流分量幅值最大的分量对应的频率和幅值，得到待解调信号的参数。该方法解决了调频信号的解调问题，即频率调制幅度的准确获取问题。可以应用在无线通信系统、广播电视以及各种以多普勒效应为基础的测量中。

Description

恒频交流供电系统频率调制幅度测量方法及装置

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，特别涉及一种恒频交流供电系统频率调制幅度测量方法及装置。

背景技术

对于目前民用飞机常用的恒频交流供电系统来说，当接入机载设备或受到电磁干扰后，供电系统产生的电压波形很容易出现调制性波动。根据GJB181B—2012，与信号调制相关的特性参数有电压调制幅度、频率调制幅度，以及由信号的调制产生的畸变频谱。这些参数往往通过对供电波形进行采样，然后对采样数据进行处理和分析而得到。

为了获得频率调制幅度，将供电系统产生的电压看作载波，将受到机载设备等干扰而产生的波动看作是对载波的频率的调制，通过解调算法，将调制信号与载波信号分离，便可得到该参数。目前信号的解调算法主要有三大类：频域分析方法，如傅里叶变换等；时域分析方法，如相干解调、平方解调、局部均值分量法、模型滑动拟合法等；时-频域联合分析方法，如小波变换、希尔伯特变换等。现有方法或计算速度慢、精度不高；或受限于重构信号误差控制一般；或算法复杂，一般工程人员难以理解和应用。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种恒频交流供电系统频率调制幅度测量方法，该方法可以简单、快速且准确的对调频信号进行解调。

本发明的另一个目的在于提出一种恒频交流供电系统频率调制幅度测量装置。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种恒频交流供电系统频率调制幅度测量方法，包括：

获取待解调信号过零点的时刻及采样值，根据所述时刻及采样值构造取值集合；

根据所述取值集合构造包含所述待解调信号时间特征的时间序列；

对所述时间序列进行傅里叶分析，得到所述时间序列的直流分量幅值，根据所述直流分量幅值，所述待解调信号的交流分量幅值最大的分量对应的频率和幅值，得到待解调信号的参数。

本发明实施例的恒频交流供电系统频率调制幅度测量方法，解决了调频信号的解调问题，即频率调制幅度的准确获取问题。可以应用在无线通信系统、广播电视以及各种以多普勒效应为基础的测量中。

另外，根据本发明上述实施例的恒频交流供电系统频率调制幅度测量方法还可以具有以下附加的技术特征：

可选地，所述根据所述时刻及采样值构造取值集合，进一步包括：

设所述待解调信号的调频波形在第t_i时刻的采样值为y_i，共有n个采样值，即i＝1,…,n，计算x_i＝y_i×y_i+1(i＝1,2,...,n-1)，按顺序搜索所有满足x_i≤0的i的取值，第k个i的值记为n_k＝i，设共有K个x_i≤0，即k＝1,…,K，所述取值集合为：

可选地，所述时间序列为：

可选地，所述待解调信号的参数为：

f₁＝F

f₂＝f₀

A＝A_f/πf₀

其中，F为直流分量幅值，f₀为交流分量幅值最大的分量对应的频率，A_f为交流分量幅值最大的分量对应的幅值，f₁为待解调信号的载波频率、f₂为待解调信号的调制信号频率，A为待解调信号的频率调制幅度。

可选地，所述待解调信号包括：

其中，f₁为待解调信号的载波频率，f₂为待解调信号的调制信号频率，

为待解调信号相位，

为载波信号相位，A为待解调信号的频率调制幅度，t为时间。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种恒频交流供电系统频率调制幅度测量装置，包括：

获取模块，用于获取待解调信号过零点的时刻及采样值，根据所述时刻及采样值构造取值集合；

构造模块，用于根据所述取值集合构造包含所述待解调信号时间特征的时间序列；

解调模块，用于对所述时间序列进行傅里叶分析，得到所述时间序列的直流分量幅值，根据所述直流分量幅值，所述待解调信号的交流分量幅值最大的分量对应的频率和幅值，得到待解调信号的参数。

本发明实施例的恒频交流供电系统频率调制幅度测量装置，解决了调频信号的解调问题，即频率调制幅度的准确获取问题。可以应用在无线通信系统、广播电视以及各种以多普勒效应为基础的测量中。

另外，根据本发明上述实施例的恒频交流供电系统频率调制幅度测量装置还可以具有以下附加的技术特征：

可选地，所述根据所述时刻及采样值构造取值集合，进一步包括：

设所述待解调信号的调频波形在第t_i时刻的采样值为y_i，共有n个采样值，即i＝1,…,n，计算x_i＝y_i×y_i+1(i＝1,2,...,n-1)，按顺序搜索所有满足x_i≤0的i的取值，第k个i的值记为n_k＝i，设共有K个x_i≤0，即k＝1,…,K，所述取值集合为：

可选地，所述时间序列为：

可选地，所述待解调信号的参数为：

f₁＝F

f₂＝f₀

A＝A_f/πf₀

其中，F为直流分量幅值，f₀为交流分量幅值最大的分量对应的频率，A_f为交流分量幅值最大的分量对应的幅值，f₁为待解调信号的载波频率、f₂为待解调信号的调制信号频率，A为待解调信号的频率调制幅度。

可选地，所述待解调信号包括：

其中，f₁为待解调信号的载波频率，f₂为待解调信号的调制信号频率，

为待解调信号相位，

为载波信号相位，A为待解调信号的频率调制幅度，t为时间。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的恒频交流供电系统频率调制幅度测量方法流程图；

图2为根据本发明一个实施例的恒频交流供电系统频率调制幅度测量方法流程框图；

图3为根据本发明一个实施例的恒频交流供电系统频率调制幅度测量装置结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的恒频交流供电系统频率调制幅度测量方法及装置。

首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的恒频交流供电系统频率调制幅度测量方法。

图1为根据本发明一个实施例的恒频交流供电系统频率调制幅度测量方法流程图。

图2为根据本发明一个实施例的恒频交流供电系统频率调制幅度测量方法流程框图。

如图1和图2所示，该恒频交流供电系统频率调制幅度测量方法包括以下步骤：

步骤S1，获取待解调信号过零点的时刻及采样值，根据时刻及采样值构造取值集合。

可选地，本发明实施例的方法适用于具有如下形式的调频信号或调相信号的解调：

其中，f₁为待解调信号的载波频率，f₂为待解调信号的调制信号频率，

为待解调信号相位，

为载波信号相位，A为待解调信号的频率调制幅度，t为时间。

下面以调频信号为例进行说明。

具体地，寻找调频信号过零点，假设所测调频波形在第t_i时刻的采样值为y_i，共有n个采样值，即i＝1,…,n，计算x_i＝y_i×y_i+1(i＝1,2,...,n-1)，按顺序搜索所有满足x_i≤0的i的取值，第k个i的值记为n_k＝i，假设共有K个x_i≤0，即k＝1,…,K：

步骤S2，根据取值集合构造包含待解调信号时间特征的时间序列。

构造时间的序列：

包含信号特征的时间序列其本质反映了调频信号的基频及被调频信号的特征。

步骤S3，对时间序列进行傅里叶分析，得到时间序列的直流分量幅值，根据直流分量幅值，待解调信号的交流分量幅值最大的分量对应的频率和幅值，得到待解调信号的参数。

具体地，对z_k进行傅里叶分析，得到其直流分量幅值，记为F；交流分量幅值最大的分量对应的频率记为f₀，幅值记为A_f。则待解调信号的载波频率f₁、调制信号频率f₂及频率调制幅度A可由下式确定得到的参数得到：

使用本方案对载波频率为400.08Hz、调制信号频率为1Hz、频率调制幅度为4Hz的调频信号进行解调，采样频率取120kHz，可以得到解调后的参数：载波频率为400.0801067091433Hz(相对误差为3◇10^-7)；信号频率为0.9999916667361Hz(相对误差为8◇10^-6)；频率调制幅度为4.0000403179655(相对误差为1◇10^-5)。

下面对本发明的恒频交流供电系统频率调制幅度测量方法进行说明。

设归一化后的载波信号为：

其中f₁为载波频率，

为相位；

归一化后的被调制信号为：

其中f₂为被调制信号频率，

为相位。设频率调制幅度为A，则调制后的信号为：

调制后信号的相邻过零点T_k,T_k+1满足：

其中n为自然数，将两式相减，可以得到：

在载波频率较高时，有(T_k+1-T_k)→0，sin[πf₂(T_k+1-T_k)]→πf₂(T_k+1-T_k)，式(8)变为：

式(9)两侧分别除以1/[2π(T_k+1-T_k)]得到新的时间序列：

式(10)右侧可以近似看作是一个具有直流偏置的正弦交流信号：直流偏置量为f₁，正弦交流量的频率约为f₂，幅值为πAf₂，时间变量为

式(10)左侧可以根据F₁(t)的过零点T_k(j＝1,...,K)求出其波形，对该波形进行傅里叶分析，可得到幅频曲线中，直流分量的幅值，将其记为F，以及交流分量中幅值最大的谱线对应的频率f₀及幅值A_f，则待解调信号的载波频率f₁、调制信号频率f₂、频率调制幅度参数k_f为：

在推导的过程中使用了近似sinX～X(X～0)，近似误差如下表：

X	f<sub>1</sub>与f<sub>2</sub>关系	|X-sinX|
			10<sup>-1</sup>	f<sub>1</sub>&gt;1.57×10<sup>2</sup>f<sub>2</sub>	1.67◇10<sup>-4</sup>
10<sup>-2</sup>	f<sub>1</sub>&gt;1.57×10<sup>3</sup>f<sub>2</sub>	1.67◇10<sup>-7</sup>
			10<sup>-3</sup>	f<sub>1</sub>&gt;1.57×10<sup>4</sup>f<sub>2</sub>	1.67◇10<sup>-10</sup>
10<sup>-4</sup>	f<sub>1</sub>&gt;1.57×10<sup>5</sup>f<sub>2</sub>	1.67◇10<sup>-13</sup>

可以看出，想要得到较小的近似误差，需要使载波信号频率与信号频率的比值尽可能大，比值越大，近似误差越小。

根据本发明实施例提出的恒频交流供电系统频率调制幅度测量方法，解决了调频信号的解调问题，即频率调制幅度的准确获取问题。可以应用在无线通信系统、广播电视以及各种以多普勒效应为基础的测量中。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的恒频交流供电系统频率调制幅度测量装置。

图3为根据发明一个实施例的恒频交流供电系统频率调制幅度测量装置结构示意图。

如图3所示，该恒频交流供电系统频率调制幅度测量装置包括：获取模块301、构造模块302和解调模块303。

获取模块301，用于获取待解调信号过零点的时刻及采样值，根据时刻及采样值构造取值集合。

构造模块302，用于根据取值集合构造包含待解调信号时间特征的时间序列。

解调模块303，用于对时间序列进行傅里叶分析，得到时间序列的直流分量幅值，根据直流分量幅值，待解调信号的交流分量幅值最大的分量对应的频率和幅值，得到待解调信号的参数。

可选地，根据时刻及采样值构造取值集合，进一步包括：

设调频信号的调频波形在第t_i时刻的采样值为y_i，共有n个采样值，即i＝1,…,n，计算x_i＝y_i×y_i+1(i＝1,2,...,n-1)，按顺序搜索所有满足x_i≤0的i的取值，第k个i的值记为n_k＝i，设共有K个x_i≤0，即k＝1,…,K，取值集合为：

可选地，时间序列为：

可选地，待解调信号的参数为：

f₁＝F

f₂＝f₀

A＝A_f/πf₀

其中，F为直流分量幅值，f₀为交流分量幅值最大的分量对应的频率，A_f为交流分量幅值最大的分量对应的幅值，f₁为待解调信号的载波频率、f₂为待解调信号的调制信号频率，A为待解调信号的频率调制幅度。

可选地，待解调信号包括：

其中，f₁为待解调信号的载波频率，f₂为待解调信号的调制信号频率，

为待解调信号相位，

为载波信号相位，A为待解调信号的频率调制幅度，t为时间。

需要说明的是，前述对方法实施例的解释说明也适用于该实施例的装置，此处不再赘述。

根据本发明实施例提出的恒频交流供电系统频率调制幅度测量装置，解决了调频信号的解调问题，即频率调制幅度的准确获取问题。可以应用在无线通信系统、广播电视以及各种以多普勒效应为基础的测量中。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种恒频交流供电系统频率调制幅度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取待解调信号过零点的时刻及采样值，根据所述时刻及采样值构造取值集合；

根据所述取值集合构造包含所述待解调信号时间特征的时间序列；

对所述时间序列进行傅里叶分析，得到所述时间序列的直流分量幅值，根据所述直流分量幅值，所述待解调信号的交流分量幅值最大的分量对应的频率和幅值，得到所述待解调信号的参数；

所述根据所述时刻及采样值构造取值集合，进一步包括：

设所述待解调信号调频波形在第t_i时刻的采样值为y_i，共有n个采样值，即i＝1,…,n，计算x_i＝y_i×y_i+1(i＝1,2,...,n-1)，按顺序搜索所有满足x_i≤0的i的取值，第k个i的值记为n_k＝i，设共有K个x_i≤0，即k＝1,…,K，所述取值集合为：

所述时间序列为：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待解调信号的参数为：

f₁＝F

f₂＝f₀

A＝A_f/πf₀

其中，F为直流分量幅值，f₀为交流分量幅值最大的分量对应的频率，A_f为交流分量幅值最大的分量对应的幅值，f₁为待解调信号的载波频率、f₂为待解调信号的调制信号频率，A为待解调信号的频率调制幅度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待解调信号包括：

其中，f₁为待解调信号的载波频率，f₂为待解调信号的调制信号频率，

为待解调信号相位，

为载波信号相位，A为待解调信号的频率调制幅度，t为时间。

4.一种恒频交流供电系统频率调制幅度测量装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取待解调信号过零点的时刻及采样值，根据所述时刻及采样值构造取值集合；

构造模块，用于根据所述取值集合构造包含所述待解调信号时间特征的时间序列；

解调模块，用于对所述时间序列进行傅里叶分析，得到所述时间序列的直流分量幅值，根据所述直流分量幅值，所述待解调信号的交流分量幅值最大的分量对应的频率和幅值，得到待解调信号的参数；

所述根据所述时刻及采样值构造取值集合，进一步包括：

设所述待解调信号的调频波形在第t_i时刻的采样值为y_i，共有n个采样值，即i＝1,…,n，计算x_i＝y_i×y_i+1(i＝1,2,...,n-1)，按顺序搜索所有满足x_i≤0的i的取值，第k个i的值记为n_k＝i，设共有K个x_i≤0，即k＝1,…,K，所述取值集合为：

所述时间序列为：

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述待解调信号的参数为：

f₁＝F

f₂＝f₀

A＝A_f/πf₀

其中，F为直流分量幅值，f₀为交流分量幅值最大的分量对应的频率，A_f为交流分量幅值最大的分量对应的幅值，f₁为待解调信号的载波频率、f₂为待解调信号的调制信号频率，A为待解调信号的频率调制幅度。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述待解调信号包括：

其中，f₁为待解调信号的载波频率，f₂为待解调信号的调制信号频率，

为待解调信号相位，

为载波信号相位，A为待解调信号的频率调制幅度，t为时间。

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