瞬时频率方差检测器的实际性能分析
振荡时电力系统瞬时频率的实时测量
振荡时电力系统瞬时频率的实时测量1 引言电力系统静稳、动稳遭到破坏或非同期重合闸都将会使系统发生不同程度的振荡。
振荡事故严重时可能导致系统瓦解，或使系统解列为几个部分。
同时，电力系统振荡和频率偏移会对继电保护的准确动作带来很大的负面影响，如故障分量和序分量的计算、阻抗继电器的动作特性等等[1,2]。
目前所提出的各种快速测频算法几乎都是建立在单频率信号基础上的[3~6]，这些方法对于存在两个频率信号的振荡情况，要么精度不够高，要么完全不适用。
而电力系统在振荡情况下测得的电力系统瞬时频率有如下作用：①可准确地得到运算子，从而消除负序不平衡电流；②用来准确地提取故障分量，防止故障分量方向元件在振荡时误启动；③距离保护中的阻抗值随系统瞬时频率变化而变化,实时测量出系统瞬时频率，能更精确地得到距离阻抗值。
为提高电力系统振荡时快速保护的性能，找到振荡时快速频率自适应算法是当前超高压线路保护迫切需要解决的问题。
2 频率测量基本算法2.1 电力系统瞬时频率的概念电力系统发生振荡且振荡中心所在线路上的振荡电流有2个电流信号叠加组成时，振荡电流可表示为i(t)=i1sin(2πf1t+ø1)+i2sin(2πf2t+ø2)式中i1，i2分别为两侧电源在线路上产生电流分量的幅值；f1，f2分别为两电流分量的频率；ø1，ø2分别为两电流的初相角。
若i1=i2，则振荡电流又可表示为式中│f1-f2│为振荡电流包络线的频率，即通常所说的振荡频率；为系统的瞬时频率，很明显，该处定义的电力系统瞬时频率为频率的广义定义。
2.2 基本原理电力系统发生振荡且振荡中心所在线路中采集到的电流信号为两正弦信号的叠加时，假设每一次计算过程中两电流分量幅值都保持不变，由于两侧系统的频率不会迅速改变，系统中电流信号采样值可表示为式中im、in为两侧电源在线路上产生电流的幅值。
设电流信号采样的时间间隔为ts时，本算法中采用异步采样，每工频周期采样8点，则采样周期t=1/400s，并设采样到第k-2点时，m、n侧电源在线路上产生的电流相角分别为a1和β1。
基于二维DFT的多分量信号瞬时频率估计方法
基于二维DFT的多分量信号瞬时频率估计方法作者：***来源：《现代信息科技》2020年第23期摘要：在进行多分量信号瞬时频率估计时，存在较大误差，为此提出基于二维DFT的多分量信号瞬时频率估计方法。
首先通过建立多分量信号模型获取到多分量信号瞬时频率的相参特性，然后利用二维DFT技术对多分量信号脉冲特性进行变换，最后利用加权均值的方法求出多分量信号瞬时频率，以此完成基于二维DFT的多分量信号瞬时频率估计。
经实验证明，设计方法估计误差小于传统方法。
关键词：二维DFT;多分量信号;瞬时频率;估计中图分类号：TN911.72 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）23-0058-03Instantaneous Frequency Estimation Method of Multicomponent Signals Based on Two-Dimensional DFTXIE Hao（Henan University，Kaifeng 475004，China）Abstract：There is a big deviation in the instantaneous frequency estimation of multicomponent signals，so a method of instantaneous frequency estimation of multicomponent signals based on two-dimensional DFT is proposed. Firstly，the coherent characteristics of the instantaneous frequency of the multicomponent signal are obtained by establishing the multicomponent signal model. Then，the pulse characteristics of the multicomponent signal are transformed by using the two-dimensional DFT technology. Finally，the instantaneous frequency of the multicomponent signal is obtained by using the weighted average method，so as to complete the instantaneous frequency estimation of the multicomponent signal based on the two-dimensional DFT. The experimental results show that the estimation error of the design method is smaller than that of the traditional method.Keywords：two-dimensional DFT;multicomponent signal;instantaneous frequency;estimation0 引言瞬時频率是电子信号处理中最常用的一个术语，传统的瞬时频率概念是指电子信号傅立叶参数瞬时发生的变化，从根本上是指电子信号在某一瞬间的总体表征。
课程设计报告---AM、FM、PM实现及性能比较
图1模拟通信系统模型
调制器:使信号与信道相匹配,便于频分复用等。发滤波器:滤除调制器输出的无用信号。收滤波器:滤除信号频带以外的噪声，一般设N(t)为高斯白噪声,则Ni(t)为窄带白噪声。
3.1AM，FM,PM调制原理
y0=A+yt ;
y2=y0.*cos(2*pi*fc*n/fs);
y3=fft(y2,N);% fft变换
q1=(0:N/2-1)*fs/N;
mx1=abs(y3(1:N/2));
figure(2)
subplot(2,1,1);
plot(t,y2);
title('已调信号的时时域波');
subplot(2,1,2);
FM波的幅度恒定不变，这使得它对非线性器件不甚敏感，给FM带来了抗快衰落能力。利用自动增益控制和带通限幅还可以消除快衰落造成的幅度变化效应。这些特点使得NBFM对微波中继系统颇具吸引力。WBFM的抗干扰能力强，可以实现带宽与信噪比的互换，因而WBFM广泛应用于长距离高质量的通信系统中，如空间和卫星通信、调频立体声广播、短波电台等。WBFM的缺点是频带利用率低，存在门限效应，因此在接收信号弱、干扰大的情况下宜采用NBFM，这就是小型通信机常采用NBFM的原因。
3.2.2FM调制原理
频率调制的一般表达式[1]为：
（2-1）
FM和PM非常相似，如果预先不知道调制信号的具体形式，则无法判断已调信号是调频信号还是调相信号。
图2-3
图2-4
图（2-3）所示的产生调频信号的方法称为直接调频法，图（2-4）所示的产生调频信号的方法称为间接调频法[4]。由于实际相位调制器的调节范围不可能超出 ，因而间接调频的方法仅适用于相位偏移和频率偏移不大的窄带调制情形，而直接调频则适用于宽带调制情形。
基于瞬时频率估计的双曲调频信号检测技术
ｆ Ｖ Ｓ ｎ ｔ ｍａ ｉ ｆｔ ＭＦ ｅ ｃｍｐｒｄｉ ｔ ａ ｏｄｔ ｎ ｈ ｉ ｌｔ ｎｒ ｕｔ ｈｗ ｔ Ｐ Ｄ ｉ ａｋｎ ｏ Ｐ Ｄａ ｄｔａ ｏ ｔｈｎ ｌ ｒ（ ）ｗ ｒ ｏ ａｅ ｅｓｍｅｃｎ ｉｏ Ｔ ｅｓ ｕａ ｏ ｓｌ ｓｏ ｓｔａ Ｖ Ｓ ｉｄｏ ｈ ｆ ｃ ｇ ｉｅ ｅ ｎｈ ｉ ｍ ｉ ｅ ｈ ｓ ｆ
ｃ ｎｔ ｔ ａｓ ａｍ ａｅｄ ｔｃｏ ，ｗ ｉｈＣ ｅｅｔＨＦ ｓｇ ａ ｆｅｔ ｅｙ ｉ ｏ ＮＲ，ａ ｄ Ｃ ｄ ｐ ｏｔｅ Ｄ ｐ ｌｒｍｉｍａｃ ｅ ｏ ｓａ ｌｅａ ｒ ｒｔ ｅｅ ｔｒ ｈｃ ａ ｄ ｔｃ Ｍ ｉｎ ｅ ｃｉ ｌ ｎｌｗ Ｓ ｎ ｆ ｌ ｎ ｌ ｖ ｎ ａ ａ ａ ｔｔ ｏ ｐｅ ｓ ｔｈ ｖ ｒ ｎ ｈ ｙ
维普资讯
２０ ０ ７年 ｌ ２月
南昌航空大学学报 （自然科学 பைடு நூலகம்）
Ｊｕ ａ ｏ ａｃ￣ｇＨ ｎｋ ｎ ｎｖｒｔ ａｕａ Ｓｉｎｅ ｏｒｌ ｆ ｎ ｈ ａｇ ｏｇＵ ｉｅｓｙ ｔｒ ｃｅｃ ） ｎ Ｎ ｉｆ Ｎ ｌ
Ｄｅ ．。 ０７ ｃ ２０
使 其在 一些 Ｎ Ｆ 的应 用场 合 受到 了限制 ； 于 多项 式 相 位变 换 Ｈ 和 高 阶模 糊 度 函数 ．的 方 法估 计 信 号 ＬＭ 基 ６ 相位 多 项式 的 系数 可实现 多 项式 相位 信 号 的有效 检测 ， 信 噪 比较 低 时该 方 法 的检测 性能 ０明显下 降 。 但
频率分析应用实验报告
一、实验目的1. 掌握频率分析的基本原理和方法。
2. 了解频率分析在实际工程中的应用。
3. 通过实验验证频率分析的有效性和准确性。
二、实验原理频率分析是一种信号处理方法，通过对信号进行频谱分析，可以提取信号的频率成分，从而了解信号的特性。
频率分析在许多领域都有广泛的应用，如通信、声学、电子学等。
三、实验仪器与设备1. 信号发生器2. 示波器3. 频率分析仪4. 信号调理器5. 计算机及数据采集软件四、实验步骤1. 信号生成：使用信号发生器生成一个包含多个频率成分的复合信号，例如正弦波信号、方波信号和三角波信号。
2. 信号采集：将生成的信号输入到信号调理器中，对信号进行放大、滤波等处理，然后输入到示波器中进行观察。
3. 频率分析：使用频率分析仪对采集到的信号进行频谱分析，得到信号的频谱图。
4. 结果分析：根据频谱图，分析信号的频率成分，并与理论值进行比较，验证实验结果的准确性。
五、实验结果与分析1. 实验结果：（1）正弦波信号的频谱图显示，信号的频率与理论值相符。
（2）方波信号的频谱图显示，信号的频率为基波频率的整数倍，与理论值相符。
（3）三角波信号的频谱图显示，信号的频率为基波频率的整数倍，与理论值相符。
2. 结果分析：（1）实验结果表明，频率分析仪可以有效地对信号进行频谱分析，提取信号的频率成分。
（2）实验结果与理论值相符，验证了频率分析的有效性和准确性。
六、频率分析应用实例1. 通信系统：在通信系统中，频率分析可以用于分析信号的调制方式、解调信号等。
2. 声学领域：在声学领域，频率分析可以用于分析声源的频率成分、声波的传播特性等。
3. 电子学领域：在电子学领域，频率分析可以用于分析电路的频率响应、滤波器的设计等。
七、实验总结本次实验验证了频率分析的有效性和准确性，并展示了频率分析在实际工程中的应用。
通过实验，我们掌握了频率分析的基本原理和方法，加深了对信号处理的理解。
八、实验心得1. 频率分析是一种重要的信号处理方法，在许多领域都有广泛的应用。
瞬时问题分析实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在通过瞬时问题分析，提高学生对实际问题的快速反应和解决能力，培养学生的逻辑思维和问题分析能力。
二、实验背景随着社会的快速发展，人们面临的问题日益复杂，对问题解决能力的要求也越来越高。
瞬时问题分析是一种快速、有效的解决问题方法，它要求我们在短时间内对问题进行准确分析，找出问题的根源，并提出解决方案。
本次实验通过模拟实际情境，让学生在短时间内对问题进行分析和解决。
三、实验内容1. 实验分组：将学生分为若干小组，每组5-6人。
2. 实验材料：准备若干具有挑战性的瞬时问题，每个问题包含背景、情境和问题本身。
3. 实验步骤：（1）分组讨论：每组学生共同讨论所给问题，分析问题的背景、情境和问题本身。
（2）提出解决方案：每组学生根据讨论结果，提出解决问题的方案。
（3）汇报与交流：每组学生汇报自己的解决方案，其他小组进行评价和讨论。
（4）总结与反思：教师对学生的解决方案进行点评，引导学生总结实验过程中的经验和教训。
四、实验过程1. 分组讨论在分组讨论环节，学生积极参与，对问题进行了深入分析。
每组学生从不同角度分析了问题的背景、情境和问题本身，提出了各自的见解。
2. 提出解决方案在提出解决方案环节，学生充分发挥自己的想象力和创造力，针对问题提出了多种解决方案。
例如，针对交通拥堵问题，有学生提出优化交通信号灯控制，有学生提出发展公共交通，有学生提出推广共享单车等。
3. 汇报与交流在汇报与交流环节，各组学生展示了各自的解决方案。
其他小组认真聆听，对解决方案进行了评价和讨论，提出了宝贵的意见和建议。
4. 总结与反思在总结与反思环节，教师对学生的解决方案进行了点评，肯定了学生的创新思维和解决问题的能力。
同时，教师也指出了学生在分析问题和提出解决方案过程中存在的不足，引导学生进行反思。
五、实验结果与分析1. 学生在实验过程中表现出了较高的参与度和积极性，能够迅速进入角色，对问题进行分析和解决。
2. 学生在分析问题时，能够从多个角度思考，提出多种解决方案。
4、利用instfreq函数求取瞬时频率时出现的问题
4、利用instfreq函数求取瞬时频率时出现的问题最近利用HHT做突变检测，遇到了如下问题：首先根据定义求取的瞬时频率：s1=hilbert(imf(1,:));s2(:,1)=s1(1,:);instphase=angle(s2);unwrapinstphase=unwrap(instphase);instanglefrequency=diff(unwrapinstphase);realistfre=instanglefrequency/(2*pi);利用函数直接求取的瞬时频率int=instfreq(s2);figure(1);subplot(2,1,1);plot(realistfre);title('自己定义的瞬时频率');subplot(2,1,2);plot(inp);title('老外定义的瞬时频率');结果如下：为什么会出现负频率现象，根据HHT理论，IMF满足窄带信号且是单分量信号，利用解析信号法求取瞬时频率应该不会有负频率，我查看了那个instfreq函数，是将相位的差分取了绝对值，当然不会出现负值，可是我不知道这是什么含义，而且它难道不会影响原信号的频谱特征吗？希望大家能够帮忙！答：看了几天的文献，终于搞明白了情况，下面和大家说一下，基本上做完EMD分解后，剩下的就是如何得到瞬时频率了，HUANG最一开始是由解析信号法即希尔伯特变换来求取瞬时频率的，由于频率的定义是由相位的导数来定义的，那必然是非常精确地，也就产生了一个问题，它对噪音是十分敏感的，我们通常利用差商来代替偏导数必然会造成精度的缺失，我一开始利用一阶向后差分来代替偏导数，这样出现的问题就是必须要求相位是严格递增的（解析信号的相位曲线是严格递增的，大家可以从相位曲线上看出来），注意是严格递增，也就是说，中间有噪音影响的情况下，那么也会出现后一个值大于前一个的情况，这种情况下就会出现负频率，所以解决的办法就是提高差分的精度，利用高阶差分，这样会利用到周伟多数的点，也就避免了这种情况。
数字侦察接收机中的瞬时频率测量技术_董晖
获得信号的无模糊瞬时频率 。 由于噪声的相关性
差 , 信号的相关性强 , 求瞬时自相关函数后噪声会
削弱 , 信m 越大这种现象就越明
显 , 但为避免频率模糊 , 需要相应提高采样频率 。
3 基于 DSP 的瞬时频率测量实现方 法
Abstract :The technology of extracting instant frequency in digital reconnaissance receiver is given and realized by DSP .The simulation experiment results prove that this technology can extract radar pulse instant frequency on real-time and have high frequency measure precision on definite SNR .The extracted instant frequency included pulse finger-prints and can be as the pulse recognition basis . Keywords:digital receiver ;instant frequency ;DSP ;pulse finger-print
宽带非平稳信号的瞬时频率测量方法
宽带非平稳信号的瞬时频率测量方法
王海;范文晶;郑胜峰
【期刊名称】《西安电子科技大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2011(038)006
【摘要】针对宽带非平稳信号,提出一种瞬时频率测量方法.利用加限自适应滤波器将信号分解为多个渐进单频信号,根据其解析信号的相位函数求出其瞬时频率；综合所有分量的时频关系实现对宽带非平稳信号瞬时频率的准确测量.仿真实验和误差分析结果表明,该方法克服了Fourier分析、Wavelet变换和HilbertHuang算法求解宽带非平稳信号瞬时频率的困难,在整个分析频段都能实现较高的频率测量分辨率,对信噪比在0dB以上的信号具有优于0.2MHz的测量误差.对8μs长度信号,该方法除了有25.816μs初始运算延时外,对连续数据处理具有实时性,能够满足宽带非平稳信号频率的瞬时测量要求.
【总页数】7页(P55-61)
【作者】王海;范文晶;郑胜峰
【作者单位】西安电子科技大学机电工程学院,陕西西安710071;上海航天局第八设计部,上海2002331;浙江工贸职业技术学院,浙江温州325003
【正文语种】中文
【中图分类】TN91
【相关文献】
1.宽带LFM信号瞬时频率和二维到达角联合估计 [J], 黄克骥;田达;陈天麒
2.基于小波变换的非平稳信号瞬时频率分析方法 [J], 王正林
3.多速率STFT超宽带信号瞬时频率估计研究 [J], 杨宁;占日新;葛红娟
4.基于Steger算子的非平稳信号瞬时频率估计方法 [J], 康德;马增强;李响;李俊峰
5.基于最大坡度法提取非平稳信号小波脊线和瞬时频率 [J], 刘景良;任伟新;王超;黄文金
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瞬时频率检测与估计的开题报告
瞬时频率检测与估计的开题报告一、研究目的与意义瞬时频率（Instantaneous frequency，IF）是时频分析中一个重要的参数，它表征了信号在时间上的频率变化，其在多个领域中有广泛的应用。
例如，信号处理、通信系统、声学研究、振动分析等方面，都需要对信号的瞬时频率进行检测与估计。
因此，本文旨在对瞬时频率检测与估计进行研究，以提高信号处理应用的精度和可靠性，为相关领域的发展做出贡献。
二、研究内容1. 瞬时频率概述对瞬时频率的概念进行介绍，阐述其在信号处理中的重要意义。
2. 瞬时频率检测方法介绍瞬时频率检测的多种方法，包括Morlet小波变换（Morlet wavelet transform）、快速Hilbert变换（Fast Hilbert transform）、改进的金属探测器变换（Improved metal detector transform）等。
3. 瞬时频率估计方法介绍瞬时频率估计的常用方法，包括局部线性傅里叶变换（Local linear Fourier transform）、置信度函数估计（Confidence function estimation）等。
4. 瞬时频率检测与估计的应用将上述方法用于具体应用中，如音频信号处理、振动信号分析、通信系统等领域。
三、研究方法本文采用文献综述与实证研究相结合的方法，通过对国内外相关文献的搜集、整理、分析，了解瞬时频率检测与估计的发展现状、存在的问题以及未来的发展趋势。
同时，针对实际问题，采用MATLAB等工具进行模拟实验验证研究方法的可行性和有效性。
四、预期成果及意义1. 形成一份详尽和系统的文献综述，对瞬时频率检测与估计的方法、应用现状进行全面而详细的分析。
2. 建立信号处理的基础分析工具，提高信号处理应用的精度与可靠性，并为瞬时频率的应用提供技术支持。
3. 探索新的瞬时频率检测与估计方法，丰富瞬时频率的研究内容，为相关领域的发展做出贡献。
计数式瞬时测频精度分析
成正比 。
综上所述 , 可以得出 :
|Δf ma x |=|w
±1 |≤|w
| ±1 ma x
=Δmm f x
=T1
fx fc
3 结论
(1 1)
参考文献
[ 1] 胡来招. 瞬时测频技术[ M] . 北京 :国 防工业 出版社 , 2002. 152 - 153.
[ 2] 李尚生. 非相参雷达捷变频雷 达导引 头测试 方法研 究 [ J] . 海 军 航 空 工 程 学 院 学 报 , 2000, 15(1):149 -
3. Aeronaut ical Ma ter ia l Branch o f N aval Aeronaut ical Techni ca l S u pp or t Depar tment )
Abstract :The article analysed the precision of counter instantaneous f requency measurement , and presented a method to estimate the error of f requency measurement by series expanding , w hich uses Leibnitz theorem to round alternating series. The relations among the error of f requency measurement , measure time , reference clock frequency and the measured signal frequency , are also deduced. Keywords :Series ex panded met ho d , clo ck f requency , IF M , precision o f frequency m easurement.
瞬时频率 及应用
瞬时频率及应用瞬时频率是指在某一瞬间的时间内，所发生的周期性事件的频率。
瞬时频率在许多领域中都有重要的应用，包括信号处理、音频处理、图像处理等。
下面我将详细解释瞬时频率及其应用。
首先，我们来了解一下瞬时频率的概念。
频率是指事件重复发生的次数，在单位时间内的时间间隔。
通常，我们用赫兹（Hz）来衡量频率，1Hz表示每秒发生一次。
然而，在实际应用中，往往事件的频率并不是恒定的，而是会变化的。
因此，我们需要引入瞬时频率的概念。
瞬时频率是指在某一瞬间的时间内，事件发生的频率。
具体来说，瞬时频率被定义为在给定时间点附近的时间内，事件发生的平均频率。
瞬时频率可以用来描述不同时间段内事件发生的频率差异。
瞬时频率在信号处理中有广泛的应用。
信号是描述系统状态变化的物理量随时间的变化。
瞬时频率可以用来描述信号的变化速度，因此它在信号处理中起着重要的作用。
例如，在音频信号处理中，瞬时频率可以用来分析音乐的音调变化。
通过对音频信号进行频谱分析，我们可以得到不同时间点的瞬时频率，从而可以对不同音符的演奏进行分析和处理。
此外，瞬时频率在图像处理中也有重要的应用。
在图像处理中，我们经常需要对图像的纹理和结构进行分析和处理。
瞬时频率可以用来描述图像的局部特征，例如图像的纹理和边缘。
通过对图像进行频率分析，我们可以得到不同位置上的瞬时频率图像，从而可以对图像的纹理和结构进行分析和处理。
在医学领域中，瞬时频率也有重要的应用。
通过对生理信号进行频率分析，我们可以得到不同时间点上的瞬时频率，从而可以对患者的生理状态进行监测和诊断。
例如，心电图（ECG）信号是一种用来监测患者心脏活动的信号。
通过对ECG信号进行频率分析，我们可以得到不同时间点上的心跳频率，从而可以判断患者的心脏是否正常工作。
另外一个重要的应用领域是物理领域。
瞬时频率可以用来描述物理系统的振动特性。
例如，在振动分析中，瞬时频率可以用来描述物体在不同运动状态下的振动频率和振幅。
电网瞬时频率的一种跟踪算法
电网瞬时频率的一种跟踪算法陈 平,李庆民,张 黎(山东大学电气工程学院,山东省济南市250061)摘要:基于双正交数字滤波器与加权平滑相位差分法,提出了一种跟踪电网瞬时频率的方法,改进了目前基于双正交数字滤波器的电网频率跟踪方法。
针对电力信号的几种模型,详细仿真了跟踪算法的动态特性,指出针对恒频率和变频率电力信号的跟踪误差分别为0.0001H z 和0.005H z,并具体分析了影响跟踪误差和滞后效应的因素。
研究表明,该方法不受同步采样限制,可较为准确、实时地跟踪各种电力信号的瞬时频率,其性能指标优于同类文献中的跟踪算法。
关键词:瞬时频率;加权平滑相位差分法;正交数字滤波器;跟踪算法中图分类号:TM 764;T M935收稿日期:2006-06-16;修回日期:2006-08-31。
国家自然科学基金资助项目(50577039)。
0 引言频率是电力系统的主要物理参数,对系统频率进行监测是实现电力系统正常运行、控制和调节的基础。
近年来,相继提出了多种跟踪系统频率的方法,主要有周期法、离散傅里叶变换法、最小二乘法(LMS)、递推最小二乘法(RLS)、卡尔曼滤波法、牛顿迭代法、小波分析法、自适应陷波器法等[1-5]。
这些算法在跟踪速度、准确度、计算量、实现难易程度、抑制谐波及抗噪能力等方面各有优缺点,但一般难以同时兼顾瞬时性和准确度的要求,且针对动态变化的频率跟踪分析较少,准确度不高。
实际上,电力信号在实时监测过程中受到诸如电磁暂态、非线性设备、谐波负荷、高频或低频电磁干扰等各种因素的影响,其频率随时间会发生一定的变化,属于非平稳信号。
这时采用传统意义上的周期频率来描述此类信号具有一定的局限性;而瞬时频率作为一个独特的物理参数,描述电力系统的频率特性,通过实时跟踪实现对系统运行状态的评估与控制,具有重要应用价值[1-3]。
本文采用双正交移相滤波器首先构造出复信号,再利用加权相位平滑差分法实现对电网瞬时频率的跟踪,改进了原有基于正交滤波器的频率跟踪方法。
瞬时频率测量的多值问题
电子信息对抗技术Electronic Information Warfare Technology2019,34(1) 中图分类号:TN971.1 文献标志码:A 文章编号:1674-2230(2019)01-0074-04收稿日期:2018-07-11;修回日期:2018-08-13作者简介:贾发利(1964 )男,河北石家庄人,工程师㊂瞬时频率测量的多值问题贾发利(电子信息控制重点实验室,成都610036)摘要:基于鉴频器的瞬时测频技术(IFM )具有许多突出优点,它能在极宽的频率范围内,以近100%的截获概率,实现对雷达信号载频的快速测量㊂然而若宽开通道调整不到位,在超宽微波频段上,会出现大量频率测量多值及错值,尤其是在灵敏度附近时㊂首先从理论上研究了其产生原因,然后提出技术改进方案,并付诸实施㊂改进后出现多值的概率大大降低,并完全避免了错值出现㊂关键词:瞬时测频(IFM );频率测量多值及错值;精细调整DOI :10.3969/j.issn.1674-2230.2019.01.017Multi -Value Problem of Instantaneous Frequency MeasurementJIA Fa-li(Science and Technology on Electronic Information Control Laboratory,Chengdu 610036,China)Abstract :The instantaneous frequency measurement technology (IFM)based on frequency dis⁃criminator has many outstanding advantages.It could capture the radar signals and measure fre⁃quency quickly with capturing probability almost up to 100percents in a broad frequency range.But if wide open channel adjustment is not in place,an amount of multiple and incorrect value of frequency will be appeared in the ultra wide microwave,especialy when small signals are input (near the sensitivity).So at first the reason is studied in theory,then an improvement project isproposed.The results show that the probability of multiple values are decreased and no incorrect value are occurred after the improvement is done.Key words :IFM;multiple and incorrect value of frequency;fine adjustment1 引言电子战自卫系统采用宽带瞬时测频技术(IFM)实现雷达载频的高精度快速测量㊂在系统联试过程中,我们发现若宽开通道调整不到位,当输入信号功率很低时,即灵敏度附近时,IFM 给出的频率测量在频繁地跳变,即一个输入信号进去,会显示多个频率值,这些值与频率真值相差几兆至十几兆赫兹㊂有时个别频点会出现几百或几千兆赫兹的错频㊂2 原因分析2.1 IFM 工作原理简介目前瞬时测频接收机(IFM)在性能上有了很大提高,先进的器件使体积重量更小了,但其基本原理是一样的㊂主要由射频放大器㊁功分器㊁鉴相器㊁量化电路㊁编码电路及时基控制电路等组成㊂结合IFM 核心组件鉴相器来说明其工作原理㊂鉴相器的电原理图见图1所示㊂47电子信息对抗技术·第34卷2019年1月第1期贾发利瞬时频率测量的多值问题图1 鉴相器电原理图U c =KA 2cos ϕU s =KA 2sin {ϕ(1)此正交矢量的相角为:ϕ=L λ2π=C λL Cπ=2πτf (2)式中,λ为信号波长,C 为电波传播速度,L 为延迟线长度,τ为延迟线延迟时间,f 为信号载波频率㊂于是信号频率为:f =ϕ2πτ=12πτ㊃arctg U S U C(3)由(3)式可知,只要知道延迟时间(长度确定后就已知了),测量出鉴相器输出电压U C 及U S ,就能测量信号载频㊂2.2 IFM 测频误差分析IFM 测频误差主要来源于相位误差,分别为鉴相器的各元件实际特性与理想特性相偏离引起的相位误差ΔϕC ;量化器的量化比特数有限引起的相位量化误差Δϕq ;由系统内部噪声存在引起的相位噪声ΔϕN 等等㊂总的相位误差Δϕ由式(4)决定:Δϕ=Δϕ2C +Δϕ2q +Δϕ2N(4)由(2)式可得出测频误差Δf 为:Δf =12πτΔϕ(5)由此知,由于以上各因素作用引起相位误差Δϕ,从而形成IFM 测频误差㊂2.3 宽开通道产生频率多值或错值原因分析IFM 基本流程是鉴相后,经检波㊁视放㊁量化及编码后形成N bit 二进制频率字和频率同步脉冲CP㊂实际上,由于瞬时测频接收机(IFM)的测频精度与延迟线长度直接相关,即长的延迟线鉴相通道可以得到高的测频精度,但不模糊工作带宽就很窄,为了解决这个问题,必须用短的延迟线鉴相通道去解其相位模糊㊂综合多方面因素,可得出产生频率多值及错值的原因,归纳如下:(1)小信号时,由于输入信号电平低,IFM 接收机内视放增益调整不当时输出电压幅度太小,从而引起量化后的数码会在相邻区间来回跳动,造成编码后的频率码产生多值,这是造成频率测量不稳的主要原因,必须精细调整㊂(2)当时基控制电路产生的取样信号的位置不当时,如取样点在视频信号前沿附近,就会因幅度不稳定造成输出频率码会落在不同区间,产生多值或错值㊂(3)时基控制电路中,视放输出噪声较大,当比较器比较电平设置不当时,噪声会超越门限电平而误触发,出现多频或错频现象㊂(4)由于实际的IFM 是多路延迟线鉴相器并用,若高位鉴相器通道总的相位误差大于正确解模糊相位容限(如1:2延迟线比时,正确解模糊相位误差为45°),则会产生高达几百或几千兆赫兹的错值㊂这种情况也会出现在大信号状态,因功率大时,解模糊通道对应的正弦和余弦视频信号饱和削顶,造成解模糊失败,这是应杜绝的,必须精细调整宽开通道的增益㊂3 改进与调整 来自测频天线的射频信号先进入前端接收机,再通过长电缆经IFM 前端组件到达IFM 单元进行测频,如图2所示㊂图2 宽开通道示意图57贾发利瞬时频率测量的多值问题投稿邮箱:dzxxdkjs@在设计时,宽开通道增益会有一定的富余,过高的增益会使通道噪声过大,造成噪声电平超过预设的门限电平,使输出同步脉冲不稳定无法测频,所以必须对通道进行必要的改进㊂在IFM 前端组件与IFM 单元之间接入适当的衰减器,若衰减值太大,则输入到IFM 单元处信号太弱也会造成频率测量值不稳定产生多值或错值,必须仔细调整该值以确保在超宽带频段内系统工作灵敏度和动态范围均满足技术要求㊂根据需要引入的衰减器可以不同形式实现㊂小信号输入时,视放输出电压幅度很低,造成码子在相邻区间跳动,解决办法是,在满足系统要求的灵敏度基础上,调节6bit 量化器上视放增益控制用电位器W 1和W 2,见图3所示㊂使正㊁余弦输出幅度增大㊂还应兼顾在输入大信号时(满足动态范围),使正㊁余弦幅度不饱和且大致相等㊂针对可能产生错码情况,还应按同样方法,调节各高位3Bit 量化器,使视放输出幅度不饱和,这样就能避免大信号时出现几千兆赫兹错频㊂为使IFM 单元工作在最佳状态,必须在连接了整个宽开通道的情况下,确定各路视频增益和门限电平㊂图3 量化器视放电路示意图在决定系统测频精度的延迟线鉴相器通道(对应6bit 量化器),应选择相位误差小的鉴相器(一般而言,相位误差为10°~15°,高质量的鉴相器为6°左右)㊂同时,选用具有极好的温度稳定性的射頻电缆作延迟线㊂这样可明显提高系统测频精度和稳定性㊂为有效抑制内部噪声,要适当提高时基控制电路中门限比较电平,使CP 同步脉冲和取样脉冲输出SP 稳定可靠,如图4所示㊂一般说来,调节W1使门限电平比噪声高几百毫伏即可㊂直到在全频段都能正确测频,且无误触发为止㊂图4 门限调整示意图经过以上精细调整后,就能解决在小信号输入条件下频率测量多值及错频问题,使系统测频稳定性明显改善㊂4摇试验结果 在宽开通道引入一个适当衰减值的衰减器后,通过精细调整IFM 单元内的各路视频增益,调整CP 和SP 的门限比较电平及SP 采样位置,IFM 频率测量多值出现点数会大大减少,错值则完全消除㊂改进调整前系统频率测量值情况见图5所示㊂图5 改进调整前系统频率测量多值及错值示意图图6 改进调整后系统频率测量多值及错值示意图当输入射频频率真值为f 1时,输出频率在不停地跳动,不失一般性,我们随机选取3个测量值分别求出测频误差,以此类推,再设置其余频点,得到误差值㊂为了突出显示多值特征,未在图567电子信息对抗技术㊃第34卷2019年1月第1期贾发利瞬时频率测量的多值问题上标示个别频点上出现的几百或几千兆赫兹的错频㊂精细调整后系统频率测量值情况见图6所示㊂可以看出,经过引入衰减器并精细调整,在系统要求的工作灵敏度状态下,出现多值的概率大大降低,并杜绝了错值出现,明显改善了小信号情况下频率测量稳定性㊂5 结束语 本文从多方面讨论了瞬时测频(IFM)在应用于电子战系统中可能出现的问题,找出原因并加以解决㊂精细调整改善了系统宽开通道的测频性能,提高了系统的测频稳定性,同时也缩短了调试时间,提高了工作效率,达到了预期效果㊂参考文献:[1] 林象平.雷达对抗原理[M].西安:西北电讯工程学院出版社,1985.[2] 胡来招.瞬时测频[M].北京:国防工业出版社,2002.[3] THORNTON M J.Ultra -Broadband Frequency Dis⁃criminator Designs for IFM Receivers [J].IEE Collo⁃quium on Multi -Octave Active and Passive Compo⁃nents and Antennas,1989(5):1-4.[4] TSUI J B.Microwave Receivers With Electronic Warfare Applications[M].New York:John Wiley &Sons,1986.[5] 贾发利.DIFM 接收机输入同时到达信号的性能研究[J].电子对抗技术,1990,25(2):17-23.(上接第73页)u (k )=u (k -1)+a 1e (k )+a 2e (k -1)(11)式中,a 1=K p (1+T s T i )a 2=-K ìîíïïïp(12)根据式(13)和(14)可以方便地计算出第k 个开关周期的控制量u (k ),从而实现对功率管的控制㊂5 仿真和结论 为验证系统的稳定性及动态响应能力,我们用saber 软件对闭环控制系统进行仿真㊂在系统稳定工作一段时间以后,分别施以 负载由半载跳变至满载”和 供电电压由270V 跳变至300V”的突变扰动,由图12和图13可以看出,输出电压大约经过2ms 后又达到稳态㊂从仿真结果可以看出,本文所阐述的数字高压电源的设计方法是可行的㊂图12 负载由半载跳到满载时输出电压响应波形图13 供电电压由270V 突跳到300V 时,输出电压响应波形6 结束语 本文介绍了一种应用于行波管的新型高压开关电源的设计方法㊂由于采用数字控制方式,该方案具有电路简单㊁控制灵活㊁输出电压稳定等特点,适合模块化生产,是新一代高压电源的发展方向㊂参考文献:[1] 林渭勋.现代电力电子电路[M].杭州:浙江大学出版社,2002.[2] 丁志刚,胡育文.ZVS DC /DC 全桥变换器的研究[J].电力电子技术,2003,37(3):39-42.[3] 蔡宣三,龚绍文.高频功率电子学[M].北京:科学出版社,1993.[4] 徐德鸿.电力电子系统建模及控制[M].北京:机械工业出版社,2005.77。
瞬时频差测试
其 中 ：中＝ 叮Ｔ为延 迟 的相位 ２Ｔ ｆ 此 两路 信号 同时 进入 鉴相 器 ，经 效率 为 Ｋ的平 方率检 波 器再 低通 滤 波输 出 ，可得 到 以
下 四路 视频 信号 ：
２ ． ２
ｅ＝ 一．（＋ｉ ２Ｔ ） ｌ １ｓ ｎ（叮Ｔ） ｆ
２
（）‘ ３ （） ５
时 间与 比特量 化数 。
在 没有 Ｒ Ｆ信 号 到 来 时 ，单 片机 控 制 Ｐ Ｎ开 关 一直 处 于关 断 状 态 ，使 Ｌ 信 号 断 开 。 Ｉ Ｏ 当Ｒ Ｆ信 号 到 来 时 ，首 先经 测 频 系统 量 化 编 码 ，并 将 此代 表频 率 的 ｎ位码 存 于单 片机 中 ； 同时 单 片机 在 延 迟 Ｒ Ｆ脉 冲 信号 的一 定 时问 后输 出 一控 制 脉 冲信 号 ，此 脉 冲 打 开 ＰＮ 开 Ｉ 关 。使 Ｌ 信 号经 过 相 同的 测 频编 码 ，此编 码 进 入 单 片 机 与 存 入 的 Ｒ Ｏ Ｆ编 码 做 减 法 运 算 ，
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瞬 时频 差测试
０八 一科 技
对理 想 的正交 信号 ，将 图 ２中代表 测频 的 ２ｒ 围均 匀 的分 为 四个 区间 ．取不 同的 ＇范 ｒ
量化 比特 数 （ ｅ 、ｅ 、ｅ 、ｅ 对 ５ ６ ７ ８进 行不 同 的加 权 组 合处 理 ） ，就 可将 ３ ０ 的 范 围 分 为 ２ ６。 ｎ 个 区间 。 ３１ 微 波 电路 部分 引入 测频误 差 ．
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瞬 时频 差测 试
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瞬 时 频 差 测 试
张 万 奎 蒙 以 然
应用SAWD技术实现瞬时频率测量
应用SAWD技术实现瞬时频率测量
林强
【期刊名称】《南京工程学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2008(006)004
【摘要】阐述了声表面波色散延迟线(SAWD)的特性,并详细介绍了实现SAWD测频的关键技术及解决途径;结合所研制的捷变频雷达本振精度测试仪,给出了采用SAWD技术实现对瞬时频率的实例.实测数据表明,其测试精确度和稳定性等方面完全能够满足实际需要.
【总页数】5页(P41-45)
【作者】林强
【作者单位】南京工程学院能源与动力工程学院,江苏,南京,211167
【正文语种】中文
【中图分类】TN953.2
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5.基于SAW技术的高精度频率测量仪设计与实现 [J], 陈心宇;曾融生;洪业;杨雨诺;孙科学
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瞬时频率方差加权导向最小方差波束形成检测器
瞬时频率方差加权导向最小方差波束形成检测器陈阳;赵安邦;王自娟;惠俊英【摘要】为了克服传统线谱检测四维显示的难点,根据被动目标辐射噪声中含有高强度的稳定线谱这一特征,提出了一种针对线谱目标检测的阵列信号处理方法.从理论上分析了利用短时傅里叶变换估计含有线谱的辐射噪声的瞬时频率方差特性,将其与导向最小方差波束形成相结合,通过各方位的频率方差对波束输出进行加权,有效地提高导向最小方差波束形成对于线谱目标的检测能力.海试结果验证该方法的可行性与有效性,在多目标、强干扰的环境下,可以探测到弱线谱目标.%In order to overcome the difficulty of a four-dimensional display in traditional line spectrum detection, regarding the fact that the radiated noise of a passive target contains a highly intensive and stable line spectrum, an array processing method for detecting targets with line spectrums was proposed. The estimation of the variance of instantaneous frequency with short-time Fourier transformation was theoretically analyzed, and was integrated with steered minimum variance (STMV) beamforming. Through weighting beam output with its own variance of instantaneous frequency, the detection capacity of original beamforming to the line spectrum target was effectively enhanced. The sea trial results indicate its validity and feasibility, and show that the variance of an instantaneous frequency weighted steered minimum variance beamforming detector is able to detect a weak line spectrum target in the background of multitudinous and strong interference.【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》【年(卷),期】2011(032)006【总页数】6页(P730-735)【关键词】短时傅里叶变换;瞬时频率方差;导向最小方差波束形成【作者】陈阳;赵安邦;王自娟;惠俊英【作者单位】哈尔滨工程大学水声技术国家级重点实验室,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学水声技术国家级重点实验室,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学水声技术国家级重点实验室,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学水声技术国家级重点实验室,黑龙江哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】U666.7阵列信号处理诞生几十年来，已发展出许多成熟、系统的理论和技术［1-2］，但由于实际声呐环境的复杂性，仍存在需要改进的地方.本文致力于提高基阵对线谱目标的检测能力，仿真和海试表明改进的方法能有效检测强干扰背景下线谱目标. 声呐视野中通常存在多个目标，波束主瓣接收了期望目标的信号，同时其旁瓣也接收了其他目标的信号，成为探测期望目标的干扰，称为“多目标干扰”.此时，理论上最佳阵列处理器是最小方差无畸变(minimum variance distortionless response，MVDR)波束形成器［3］.对于线谱，瞬时频率方差(variance of instantaneous frequency，VIF)［4］的估计值可作为检测统计量用于信号检测，在理想信道白噪声背景下的检测性能略低于最佳处理器(匹配滤波器)，但差别很小.瞬时频率方差检测器的虚警率与干扰背景的能量起伏无关，因而在非平稳的干扰背景和信道中具有很好的稳健性［5］.水中航行器辐射噪声中线谱的谱级信噪比通常较连续谱高许多［6］，如果充分利用这一特性，可以有效提高系统的检测性能.宽带信号分频带处理进行融合时，按各频带的信噪比进行加权是最优的［7］.然而在实际应用中，线谱频率未知，各频带的信噪比也无法得知，因而一般假设各频带信噪比相同，即各频带的权相同;而由于线谱能量在宽带信号能量中所占比例很小，所形成的高性能空间谱被其他低信噪比频带形成的空间谱淹没.解决这一问题的一个途径是将各频带独立显示而不进行宽带融合，这就需要四维显示，但目前仍没有十分有效的四维显示方法.注意到，如果目标有线谱，该方位波束的瞬时频率方差很小甚至为零，否则就较大，利用频率方差对宽带方位谱进行加权，线谱目标方位的谱强度得到增强;而且由于不需显示每个频带的结果，可以通过常规的三维方位时间历程瀑布图显示.1 MVDR波束形成假设阵列由一组全向阵元组成，阵元的位置为pn(n=0，1，…，M－1，M为阵元数).阵列接收的快拍由信号和噪声组成，在频域表示为X(ω)= XS(ω)+N(ω)，其中信号矢量可以写为式中:N(ω)为噪声矢量;F(ω)是源信号的频域快拍;v(ω∶κS)=［e－jκTSp0，e－jκTSp1，…，e－jκTSpM－1］T是一个波数为κS的平面波对应的阵列流形矢量，κS=为单位矢量，λ为对应于频率ω的波长.噪声快拍N(ω)是零均值随机矢量，其互谱密度谱矩阵为Sn(ω)=I.阵列输入的互谱密度矩阵为式中:Ss(ω)为期望目标的互谱密度矩阵，Sc(ω)为多目标干扰的互谱密度矩阵.利用权向量WH(ω)对X(ω)进行处理，波束输出为Y(ω)=WH(ω)X(ω).对于宽带信号，分成若干频带，各频点的频域快拍矢量Xi(ωj)，i=0，…，L－1，j=0，…，J－1，L为快拍数，J为频点数.各频点互谱密度矩阵通过快拍的时域平均得到其估计值:MVDR波束形成最优权向量为空间谱为J个频点空间谱融合［8］:多目标声场的信息包含在互谱密度矩阵中，其估计精度决定了MVDR方位谱的性能.如果目标方位不变，一次估计所用快拍数越多，互谱密度矩阵估计越精确，方位谱估计的性能越好.当目标运动造成方位变化时长时间平均反而使阵列流形模糊而降低互谱密度矩阵估计的性能.2 导向最小方差波束形成MVDR的互谱密度矩阵的自由度为独立快拍数，因而需要不少于阵元数的独立快拍支持才能满秩可逆.当目标运动时，观测时间不宜过长，为解决这一问题，可以对进行对角加载［9］，然而最优的对角加载量难以确定，因而对角加载技术难以应用于实际.下面介绍另一种可以解决该问题的宽带最优波束形成算法，即导向最小方差波束形成(steered minimum variance，STMV)［10］.STMV是一种基于称为导向协方差矩阵(steered covariance matrix，STCM)的空时统计量的最优波束形成方法.STCM的自由度等于时间带宽积，因而只需要频点数与独立快拍数的积不小于阵元数即可达到满秩可逆，对于宽带信号，其收敛远快于MVDR.指向协方差矩阵:式中:最优权为式中:I为M×1的1向量.空间谱为显然，当J=1时，pstmv(θ)=pwmvdr(κs)，即当信号为窄带时，STMV与MVDR等价.3 瞬时频率方差文献［5］已经证明，对于线谱，瞬时频率方差是十分有效的检测量.窄带高斯白噪声的瞬时频率方差为有效带宽的平方，显著大于线谱信号的瞬时频率方差.文献［5］还比较研究了多种瞬时频率方差估计方法:希尔伯特变换类的解析信号相位差分瞬时频率估计方法、过零频率估计器及其内插修正算法、窄带信号的自适应频率估计.由于宽带信号阵列处理采用频域处理，而上述方法均不适合用于频域处理，因而下面着重分析基于短时傅里叶时频分析的瞬时频率方差估计方法.噪声中的线谱信号表示为式中:As和φ0分别为线谱信号的幅度和初相位，信号带宽为B，噪声功率为.将信号以采样率fs采样、分段，每段长度为T(单位为s)做离散傅里叶变换.每段信号的离散傅里叶变换可以表示为式中:Ss、Sn分别表示线谱信号和噪声分量;X、Y分别为Sx(k)的实部和虚部.频谱Sx(k)中幅值最大的频点即为瞬时频率.根据文献［12］时，X满足正态分布满足正态分布时，X和Y均满足正态分布于是，其包络 z=|Sx(k)|=满足莱斯分布［11］:式中的分布函数为除线谱外其余所有频点的最大值x=max{|Sx(k)|，k≠k0}的分布函数为其概率密度函数为y=z－x的分布函数为于是z＜x的概率，即线谱频率幅值最大的概率为式中，它只与ρ有关，ρ表示线谱的谱级信噪比.该函数可由数值积分求得.其他频点最大的概率为瞬时频率的均值为瞬时频率的方差为通过蒙特卡洛仿真验证上述理论.带宽0.5～1 kHz的高斯白噪声，线谱频率800 Hz，FFT窗长1 s，20 000次独立统计.和瞬时频率方差的理论值式(18)和蒙特卡洛仿真统计结果如图1和图2，两者完全一致.由图中可以看到，当线谱谱级信噪比超过一定门限时，瞬时频率方差为零.图1 线谱频率幅值最大的概率f(k0)Fig.1 Probability of line spectrum to be the peak f(k0)图2 短时傅里叶变换估计瞬时频率方差Fig.2 Variance of instantaneous frequency through STFT4 频率方差加权STMV波束形成检测器由上述可知，如果目标信号有线谱，只要波束输出中线谱谱级信噪比超过门限，其瞬时频率方差很小甚至为零，而如果目标信号为连续谱白噪声则瞬时频率方差较大，这种区别可以用于线谱目标检测.用各方位波束输出的瞬时频率方差作为权对阵列的STMV方位谱进行调整的检测器称为瞬时频率方差加权STMV波束形成检测器(VIF-STMV).如图3所示，阵列数据经滑动窗分成相互重叠的快拍，STMV波束形成输出分别进行能量积分和周期图谱估计;能量积分估计空间谱;周期图谱估计得到波束输出的功率谱，峰选确定最大谱线的频率，并统计该频率的方差，以方差的倒数作为系数对空间谱进行加权.图3 VIF-STMV框图Fig.3 Diagram of variance of instantaneous frequencybeamforming detecting不同的加权方法可以获得不同的效果，下面给出2种加权方法，倒数加权和指数加权:式中:pstmv为STMV波束形成空间谱，σf为瞬时频率方差，Δ为一小量，它保证当瞬时频率方差为零时倒数权存在.以阵元间距0.3 m的48元直线阵为例，112°方向存在一信噪比为15 dB强干扰(干扰1)，13°和60°方向分别存在信噪比－13 dB、－18 dB两干扰(干扰2、3)73°方向为信噪比－18 dB的目标.其中干扰3和目标均含有1根线谱，分别为650 Hz和700 Hz，其谱级信噪比较连续谱高15 dB.信号频带为0.5～1 kHz，快拍长度为1 s，方位谱估计的积分时间为4s(4个独立快拍)，功率谱估计的滑动步长为0.125 s.图4中实线为STMV方位谱，可以看到由于分辨力不够，无法分开干扰3和目标，也就是说，干扰3的存在影响了期望目标的检测.虚线为倒数加权的结果，由于干扰3和目标含有线谱，该方向方位谱加权较大，因而能清晰分辨干扰3和目标，干扰1和干扰2由于不含线谱，方位谱强度被抑制.点线为指数加权的结果，可以看到干扰1和干扰2方位谱强度被进一步抑制，旁瓣更平滑，更稳健.图4 VIF-STMV仿真Fig.4 VIF-STMV suppress multisource interference5 海试数据处理为了验证该方法在工程应用中的有效性，在东海进行了海试，试验采用的接收阵为阵元间距0.3 m的48元拖曳线列阵.目标由远处以较快速度接近拖船.试验在渔期进行，加上试验海区靠近航道，因而在附近海域存在较多的其他船只的干扰.图5 STMV波束形成方位历程Fig.5 Bearing-time chart of STMV图5为STMV波束形成方位历程图，从图中可以清晰看到至少6个目标的历程，期望目标和主要的几个干扰如图中标示.90 s后拖船转向，左右舷的目标分别向船艏和船尾方向偏移.前90 s，由于期望目标与干扰1方位重叠，目标被强干扰淹没，无法检测到目标.拖船转向后目标与该强干扰方位分开，可以较为明显的检测到目标.图6 倒数加权VIF-STMV的方位历程Fig.6 Bearing-time chart of VIF-STMV (multiplicative inverse)图6为倒数加权VIF-STMV的方位历程图结果，图7为指数加权VIF-STMV的方位历程图结果.从图中可以明显看到目标，90 s前位于70°附近，90 s后偏向0°方向.指数加权结果较倒数加权结果背景更干净.轨迹出现断裂是由于浅海声信道滤波效应引起的:浅海声信道是一梳状滤波器，子通带随信道的变化而变化，当线谱频率处于子止带时线谱信噪比显著降低使得瞬时频率方差变大.图7 指数加权VIF-STMV的方位历程Fig.7 Bearing-time chart of VIF-STMV (exponential weight)进一步分析各目标信号的功率谱.图8为70°方向波束时频LOFAR图，可以看到90 s前的频谱存在线谱，为了确认该线谱属于目标，分析56°方向和90°方向波束时频LOFAR图，如图9和图10.56°方向波束时频LOFAR图出现该线谱，说明90 s之后目标进入该波束，而90°方向波束时频LOFAR图90 s之后频谱强度变大但没有线谱，可见是干扰1进入该波束，而且干扰1的频谱在该工作频段内无线谱.图11为20°方向(干扰2方位)波束的时频LOFAR图，频谱无线谱，因而尽管干扰2辐射噪声很强，在VIF-STMV方位历程图上仍然被抑制.图12为160°方向(干扰3方位)波束的时频LOFAR图，频谱存在一根线谱，因而干扰3在VIF-STMV方位历程图上被增强.图8 70°方向波束时频LOFARFig.8 L OFAR at 70°图9 56°方向波束时频LOFARFig.9 LOFAR at 56°图10 90°方向波束时频LOFARFig.10 LOFAR at 90°图11 20°方向波束时频LOFARFig.11 LOFAR at 20°图12 160°方向波束时频LOFARFig.12 LOFAR at 160°6 结束语文中提出了频率方差加权导向最小方差波束形成检测器，利用目标辐射噪声中线谱有较高的强度和稳定度这个特征，用每个方位的波束输出的频率方差，对方位谱进行加权，得到线谱目标的方位-时间历程图，线谱目标方位波束因输出信号的瞬时频率方差较小得到增强，而其他方位波束被抑制.该检测器可有效抗多目标干扰，实现在强相干干扰中检测到弱线谱目标，且只须三维显示，避免了通常的线谱检测器须四维显示、观察费力的困扰.仿真和海试结果表明，在多目标、强干扰的环境下，频率方差加权导向最小方差波束形成检测器可远程探测线谱目标，与方位谱能量检测器比较，有更好的探测性能.参考文献:【相关文献】［1］Van TREES H L.Optimum array processing［J］.New York:John Wiley＆Sons Inc，2003:3-5.［2］王永良，陈辉彭，应宁，万群.空间谱估计理论与算法［M］.北京:清华大学出版社，2004:2-8.WANG Yongliang，CHEN Huipeng，YING Ning，WAN Qun.Theories and algorithms of spectrum estimation［M］.Beijing:Tsinghua University Press，2004:2-8.［3］CAPON J.High-resolution frequency-wavenumber spectrum analysis［J］.Proceedings of the IEEE，1969，57(8): 1408-1418.［4］林茂庸，柯有安.雷达分辨理论［M］.北京:国防工业出版社，1984:134-141.LIN Maoyong，KE Youan.Rada resolution theory［M］.Beijing:National Defence Industrial Press，1984:134-141.［5］梁国龙.回波信号瞬时参数序列分析及其应用研究［D］.哈尔滨:哈尔滨工程大学，1997:80-82.LIANG 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第２ ９卷 第 ５ 期 ２１ ０ ０
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Ｖ Ｏ１ ２９，Ｎ Ｏ． ． ５
Ｔ ｃ ｎ ｃ １ ｏ ｓｉ ｓ ｅ ｈ ｉ ａ Ａｃ ｕ ｔ ｃ
Ｏｃ 一２ １ ｔ ００
瞬 时频 率方差检测 器 的实 际性 能分析
魏振坤 ，冯海泓 ，黄敏 燕 ，石 扬 。
ｆ．中 国科学 院声 学研 究所 东海 研 究站 ，上海 ２ ０３ ２ １ ０ ０２ ．中国科 学 院研 究生 院 ，北京 １０４ ） ０ ０９
摘 要 ： 瞬 时 频 率 方 差 检 测 器 （ Ｆ 是 一 种 以 瞬 时 频 率 方 差 为 检 验 统 计 量 的 窄 带 信 号 检 测 器 ， 在 水 声 信 号 检 测 中 有 广 ＶＩＤ）
泛 的应用 。在应用 中，信噪 比、采样频率 、自适应滤 波器带宽 ，以及信 号采 样数据的正负不对称等因素均对 ＶＩＤ的 Ｆ 性 能产 生影 响，很难把 握该检测器 的性 能规律 。通 过分析和计算机仿真验证 ，明确 了除信 噪 比外，采样频率、Ｎｏｃ ｔ ｈ 滤波器带 宽以及信 号采 样的偏移均会影 响 ＶＩＤ 的输 出方差 幅度 ，后 两者同时能够影响 ＶＩＤ的抗通道 串漏能力 。总 Ｆ Ｆ
结 了这 些 因素 对 ＶＩＤ 性 能影 响 的 方 式 和 规 律 ，对 于 ＶＩＤ 的最 佳 应 用 具 有 一 定 的 指 导 意 义 。 Ｆ Ｆ
关键词 ：瞬 时频率 方差 ；Ｎｏｃ ｔｈ滤波器 带宽；抗串漏能力 ；采样偏差 中图分类号 ：Ｔ ５ ６ Ｂ ５ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ ．６ ０２ １ ） ５０ ３ ．５ ０ ０３ ３ （０ ０． ．５ ３０ ０
ａ ｙ ｍｅ ｒ ｆｓ ｍ ｐ ｉ ｇ ｄ ｔ ａ ｌ ａ ｅ ｔ ｈ ｍ ｐ ｉ ｅ ｒ ｓ ｏ ｓ ｆＶＩ ｓｍ ｔｙ ｏ ａ ｌ ａ ａ ｃ ｎ ａ ｌ ｆ ｃ ｅ ａ ｌ ｕｄ ｅ ｐ ｎ ｅ ｏ ＦＤ， ｎ ｈ ｔ ｒｔ ｏ ｆ ｃ ｏ ｓｃ ｎ ａ ｓ ｆｅ ｔ ｔ ｎ ｔ ｔ ａ ｄｔ ｅｌ ｅ ａ ｗ ａ ｔ ｒ ａ ｌｏ ａ ｃ ｓ ｉ
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