非平稳信号的分析与处理模型

非平稳信号的分析与处理模型
非平稳信号的分析与处理模型

零相位数字滤波器在非平稳信号处理中的应用

文章编号:1673-0291(2011)06-0049-08 零相位数字滤波器在非平稳信号处理中的应用 常 广,鄢素云,王 毅 (北京交通大学电气工程学院,北京100044) 摘 要:研究零相位数字滤波器在进行非平稳信号滤波时的特点.选用一种典型带通零相位数字滤波器,以非平稳调幅信号作为滤波器输入,进行仿真分析.将零相位数字滤波器与小波包分解重构和经验模态分解方法的滤波能力进行了比较.探讨了零相位数字滤波器在处理非平稳调幅信号时 存在的过渡过程,及对滤波结果幅值和频率的影响.论述了滤波误差与滤波器参数、输入信号特性和信噪比等因素的关系.提出了分段零相位滤波器方法,改善了滤波器性能.最后,以一个实测的振荡信号对上述分析进行了验证.为在非平稳信号处理中,正确使用零相位数字滤波器提供了参考.关键词:数字滤波器;零相位;调幅信号;非平稳信号;分段零相位数字滤波中图分类号:TM 930 文献标志码:A Application of zero -phase digital filter on non -stationary signal processing CHAN G Guang ,YAN Suyun ,WAN G Yi (School of Electrical Eng ineering,Beijing Jiaotong U niversity,Beijing 100044,China) Abstract:T he characteristics of zero -phase dig ital filter w hen being utilized to process the non -station -ary signals are studied.Ty pical band -pass zero -phase digital filters are simulated.And non -stationary amplitude -modulation signals are selected to be input of the simulation.Wavelet packet decomposition and reconstruction,empirical mode decomposition and the zero -phase dig ital filter are applied to com -pare their band -pass filter capabilities.The simulation demonstrates the transition process in non -sta -tionary signal filtering.And it clarifies amplitude characteristics,and frequency characteristics existing in filtering the non -stationary am plitude -modulation signal in detail.This article also discusses the rela -tionship between error and filter parameters,characteristics of input sig nal and signal to noise ratio of input sig nal.A segment zero -phase dig ital filter m ethod is proposed in this paper to enhance the perfor -mance of the normal zero -phase dig ital filter.The segment zero -phase digital filter is em ployed in ex -tracting the main component from a real oscillation signal to verify the validity of the new zero -phase filtering method.The study prov ides support for proper usage of zero -phase digital filter applied on non -stationary signal processing.Key words:dig ital filter;zero -phase;amplitude -modulation signal;non -stationary sig nal;segment ze -ro -phase dig ital filter 收稿日期:2011-05-10 基金项目:国家自然科学基金资助项目(60674013); 十一五 国家科技支撑计划(2009G09-1-5)作者简介:常广(1978 ),男,湖南汨罗人,博士生,主要研究方向为智能电器、机电系统状态检修.email:guang -chang@https://www.360docs.net/doc/b06575895.html,. 王毅(1958 ),男,辽宁沈阳人,教授,博士,博士生导师.email:yw ang5@https://www.360docs.net/doc/b06575895.html,. 数字滤波是数字信号处理的常用手段.普通的数字滤波器在滤波时存在一定的相移.为解决该问 题,零相位数字滤波器被引入到数字信号处理领域中.依据正向序列和翻转序列所处位置的不同,主要 第35卷第6期 2011年12月 北 京 交 通 大 学 学 报 JOU RN AL O F BEIJIN G JIAOT O NG U N IV ERSI T Y V ol.35N o.6Dec.2011

信号参考电源层的仿真分析

大多数layout工程师以及SI/硬件工程师都知道, 信号除了不能跨分割层布线之外,一般还不容许参考电源层布线的(当然,这里指的高速高频信号),为什么不能参考电源层?究竟会带来多大影响?如果叠层空间限制的情况下可以容许哪 些信号参考电源?针对这些问题,本篇将结合ANSYS/Ansoft仿真软件进行理论及仿真方法介绍。 1 参考电源层的回流路径 首先,从信号回流路径的角度开始基本理论的回顾。一个简单四层PCB信 号通过过孔换层参考电源,其信号的回流路径如图1 示意: 图1 信号回流路径 由上图可见,当高速信号在信号线上传播时,在信号电流向前传播的过程当中,由于与参考平面之间存在容性耦合,所以当发生dV/dt时,就会有电流经耦合电容流向参考平面的现象,传输线正下方位置都会有瞬态电流流回到源端电路。如果信号的参考为电源平面,那么信号回流将首先流向电源层,然后再通过电源与地网络之间的Cpg流向地网络,最后再经地层流向源端电路,最终形成一个 完整的电流回路。我们都知道,控制好高速信号的回路阻抗非常关键,因为它直接影响到信号传输特性。 当信号参考电源层布线时,回流路径当中对信号影响最大的就是Cpg电源与地网络之间的容性通道。它可以是电源地网络上分布复杂的退耦电容,也可能包含电源地层平面之间的平板电容,构成非常复杂,在各个频点所表现的阻抗特性都不一样,难以量化与控制。所以不建议高速信号参考电源。 那么究竟有多大影响,下面通过仿真软件来帮忙我们看看具体信号传输差异的情况。

2,参考电源层的仿真分析 2.1 基础研究模型的建立 有了以上理论了解之后,接下来通过仿真技术协助研究,到底参考电源层会跟信号传输带来怎样的影响? 为了说明问题,把模型简单化,这里利用板级仿真工具SIwave的自行建模功能(也可通过版图工具画一个类似PCB走线再导入)建立一个简单的10X10四层PCB, 叠层分布为SIG/GND/PWR/SIG,第二层全部为地,第三层电源平面为一小块不规则平面,如下图,并布置两根传输线,一根为表层走线,此案例中,它属于完全参考地层平面的微带线,一根为表层走线经过孔到底层走线的微带线,属于部分参考地层又部分参考电源层的走线。即建立了我们需要研究的参考电源的信号模型。如图2所示: 图2 简单的四层PCB模型 2.2 回流仿真分析 通过SIwave2014以上版本的AC CURRENTS 功能可以进行信号回流路径的仿真分析,只需要在两条传输线两端分别添加相应频率的信号源和负载,即可仿真得到信号源传输时,各个平面层上的电流分别情况。如图3所示,显示为地层的电流分布,跟前面理论分析结论非常一致。完全参考地层的传输线,回流路径主要集中在走线正下方,而参考电源层的信号回流会经电源地耦合到地层上,所以在电源与地层重叠的地方分布,不同频点的回流分布也不尽相同,这势必会影响信号传送质量,同时也可能对外界电路造成干扰。

测试技术复习资料第七章测试信号的处理与分析考试重点

测试技术复习资料 第七章 测试信号的处理与分析 考试重点 一、选择题 1. 两个正弦信号间存在下列关系:( B ) A. 同频相关,不同频也相关 B. 同频相关,不同频不相关 C. 同频不相关,不同频相关 D. 同频不相关,不同频也不相关 2. 自相关函数是一个( B )函数。 A. 奇 B. 偶 C. 非奇非偶 D. 三角 3. 如果一信号的自相关函数)(τx R 呈现一定周期的不衰减,则说明该信号( B )。 A. 均值不为0 B. 含有周期分量 C. 是各态历经的 D. 不含有周期分量 4. 正弦信号的自相关函数是( A ),余弦函数的自相关函数是(C )。 A. 同频余弦信号 B. 脉冲信号 C. 偶函数 D. 正弦信号 5.经测得某信号的相关函数为一余弦曲线,则其( C )是正弦信号的( D )。 A. 可能 B. 不可能 C. 必定 D. 自相关函数 6. 对连续信号进行采样时,采样频率越高,当保持信号的记录的时间不变时,则( C )。 A. 泄漏误差就越大 B. 量化误差就越小 C. 采样点数就越多 D. 频域上的分辨率就越低 7. 把连续时间信号进行离散化时产生混叠的主要原因是( B )。 A. 记录时间太长 B. 采样间隔太宽 C. 记录时间太短 D. 采样间隔太窄 8. 若有用信号的强度、信噪比越大,则噪声的强度(C )。 A. 不变 B. 越大 C. 越小 D. 不确定 9. A/D 转换器是将( B )信号转换成( D )信号的装置。 A. 随机信号 B. 模拟信号 C. 周期信号 D. 数字信号 10. 两个同频方波的互相关函数曲线是( C )。 A. 余弦波 B. 方波 C. 三角波 D. 正弦波 11. 已知x (t )和y (t )为两个周期信号,T 为共同的周期,其互相关函数的表达式为( C )。 A. dt t y t x T T )()(210?+τ B. dt t y t x T T )()(210?+τ C. dt t y t x T T )()(10?+τ D. dt t y t x T T )()(210?-τ 12. 两个不同频率的简谐信号,其互相关函数为( C )。 A. 周期信号 B. 常数 C. 零 D. 非周期信号 13. 数字信号处理中,采样频率s f 与限带信号最高频率h f 间的关系应为( B )。 A. s h f f = B. 2s h f f > C. s h f f < D. h s f f 7.0= 14. 正弦信号)sin()(0?ω+=t x t x 的自相关函数为( B )。 A. ωτsin 2 x B. ωτcos 220x C . ωτsin 220x D. ωτcos 20x

五款信号完整性仿真工具介绍

现在的高速电路设计已经达到GHz的水平,高速PCB设计要求从三维设计理论出发对过孔、封装和布线进行综合设计来解决信号完整性问题。高速PCB设计要求中国工程师必须具备电磁场的理论基础,必须懂得利用麦克斯韦尔方程来分析PCB设计过程中遇到的电磁场问题。目前,Ansoft公司的仿真工具能够从三维场求解的角度出发,对PCB设计的信号完整性问题进行动态仿真。 (一)Ansoft公司的仿真工具 现在的高速电路设计已经达到GHz的水平,高速PCB设计要求从三维设计理论出发对过孔、封装和布线进行综合设计来解决信号完整性问题。高速PCB设计要求中国工程师必须具备电磁场的理论基础,必须懂得利用麦克斯韦尔方程来分析PCB设计过程中遇到的电磁场问题。目前,Ansoft公司的仿真工具能够从三维场求解的角度出发,对PCB设计的信号完整性问题进行动态仿真。 Ansoft的信号完整性工具采用一个仿真可解决全部设计问题: SIwave是一种创新的工具,它尤其适于解决现在高速PCB和复杂IC封装中普遍存在的电源输送和信号完整性问题。 该工具采用基于混合、全波及有限元技术的新颖方法,它允许工程师们特性化同步开关噪声、电源散射和地散射、谐振、反射以及引线条和电源/地平面之间的耦合。该工具采用一个仿真方案解决整个设计问题,缩短了设计时间。 它可分析复杂的线路设计,该设计由多重、任意形状的电源和接地层,以及任何数量的过孔和信号引线条构成。仿真结果采用先进的3D图形方式显示,它还可产生等效电路模型,使商业用户能够长期采用全波技术,而不必一定使用专有仿真器。 (二)SPECCTRAQuest Cadence的工具采用Sun的电源层分析模块: Cadence Design Systems的SpecctraQuest PCB信号完整性套件中的电源完整性模块据称能让工程师在高速PCB设计中更好地控制电源层分析和共模EMI。 该产品是由一份与Sun Microsystems公司签署的开发协议而来的,Sun最初研制该项技术是为了解决母板上的电源问题。 有了这种新模块,用户就可根据系统要求来算出电源层的目标阻抗;然后基于板上的器件考虑去耦合要求,Shah表示,向导程序能帮助用户确定其设计所要求的去耦合电容的数目和类型;选择一组去耦合电容并放置在板上之后,用户就可运行一个仿真程序,通过分析结果来发现问题所在。 SPECCTRAQuest是CADENCE公司提供的高速系统板级设计工具,通过它可以控制与PCB layout相应的限制条件。在SPECCTRAQuest菜单下集成了一下工具: (1)SigXplorer可以进行走线拓扑结构的编辑。可在工具中定义和控制延时、特性阻抗、驱动和负载的类型和数量、拓扑结构以及终端负载的类型等等。可在PCB详细设计前使用此工具,对互连线的不同情况进行仿真,把仿真结果存为拓扑结构模板,在后期详细设计中应用这些模板进行设计。 (2)DF/Signoise工具是信号仿真分析工具,可提供复杂的信号延时和信号畸变分析、IBIS 模型库的设置开发功能。SigNoise是SPECCTRAQUEST SI Expert和SQ Signal Explorer Expert进行分析仿真的仿真引擎,利用SigNoise可以进行反射、串扰、SSN、EMI、源同步及系统级的仿真。 (3)DF/EMC工具——EMC分析控制工具。 (4)DF/Thermax——热分析控制工具。 SPECCTRAQuest中的理想高速PCB设计流程: 由上所示,通过模型的验证、预布局布线的space分析、通过floorplan制定拓朴规则、由规

雷达系统中杂波信号的建模与仿真

1.雷达系统中杂波信号的建模与仿真目的 雷达的基本工作原理是利用目标对雷达波的散射特性探测和识别目标。然而目标存在于周围的自然环境中,环境对雷达电磁波也会产生散射,从而对目标信号的检测产生干扰,这些干扰就称为雷达杂波。对雷达杂波的研究并通过相应的信号处理技术可以最大限度的压制杂波干扰,发挥雷达的工作性能。 雷达研制阶段的外场测试不仅耗费大量的人力、物力和财力,而且容易受大气状况影响,延长了研制周期。随着现代数字电子技术和仿真技术的发展,计算机仿真技术被广泛应用于包括雷达系统设计在内的科研生产的各个领域,在一定程度上可以替代外场测试,降低雷达研制的成本和周期。 长期以来,由于对杂波建模与仿真的应用己发展了多种杂波类型和多种建模与仿真方法。然而却缺少一个集合了各种典型杂波产生的成熟的软件包,雷达系统的研究人员在需要用到某一种杂波时,不得不亲自动手,从建立模型到计算机仿真,重复劳动,造成了大量的时间和人力的浪费。因此,建立一个雷达杂波库,就可以使得科研人员在用到杂波时无需重新编制程序,而直接从库中调用杂波生成模块,用来产生杂波数据或是用来构成雷达系统仿真模型,在节省时间和提高仿真效率上的效益是十分可观的。 从七十年代至今已经公布了很多杂波模型,其中有几类是公认的比较合适的模型。而且,杂波建模与仿真技术的发展己有三十多年的历史,己经有了一些比较成熟的理论和行之有效的方法,这就使得建立雷达杂波库具有可行性。 为了能够反映雷达信号处理机的真实性能,同时为改进信号处理方案提供理论依据,雷达杂波仿真模块输出的杂波模拟信号应该能够逼真的反映对象环境的散射环境。模拟杂波的一些重要散射特性影响着雷达对目标的检测和踉踪性能,比如模拟杂波的功率谱特性与雷达的动目标显示滤波器性能有关;模拟杂波的幅度起伏特性与雷达的恒虚警率检测处理性能有关。因此,杂波模拟方案的设计是雷达仿真设计中极其重要的内容,杂波模型的精确性、通用性和灵活性是衡量杂波产生模块的重要指标。 2.Simulink简介 Simulink是MATLAB最重要的组件之一,它提供一个动态系统建模、仿真和

非平稳随机信号处理

《非平稳信号分析与处 理》 组长:戚伟世 讲课安排: 第一小组:(1-4节) 戚伟世胡春静望育梅喻小红宋卫林第二小组:(5-8节) 张闯程卫军孙纲黄平牧吕尧新冯瑞军

2 时频表示与时频分布 本章主要内容:讨论非平稳信号的时-频分析,包括分析的有关概念短时傅立叶变换、Wigner 分布及Cohen类分布。重点是Wigner的性质、Wigner 分布的实现、Wigner分布中交叉项的行为及Cohen分布中核函数对交叉项的抑制等。 时频表示与时频分析的提出 分析与处理平稳信号最常用的数学工具是Fourier分析。它建立了信号从时域到频域变换的桥梁。它表征了信号从时域到频域的一种整体(全局)变换。在许多实际应用中,信号大多是非平稳的,其统计量(如均值、相关函数、功率谱等)是时变的,这时采用传统的Fourier变换并不能反映信号频谱随时间变化的情况,需引入新的处理信号的数学工具,时频表示和时频分析是源于考虑信号的局部特性而引入的。 时频表示:用时间和频率的联合函数来表示信号,记作T(t,f)。时频分析:能够描述信号的能量密度分布的时频表示称为时频分析,记作P(t,f)。 典型的线性时频表示有:短时Fourier变换、小波变化和Gabor变

换。 2.1 基本概念 1.传统的Fourier 变换及反变换: S (f )=dt e t s tf j ?∞∞--π2)( s (t )=?∞∞-df e f S tf j π2)( 2.解析信号与基带信号 ⑴定义(解析信号):与实信号s (t )对应的解析信号(analytic signal )z (t )定义为z (t )=s (t )+j н[s (t )],其中н[s (t )]是s (t )的Hilbert 变换。 实函数的Hilbert 变换的性质: 若 x(t)= н[s(t)] 则有 s(t)=- н[x (t )] s(t)=- н2 [x (t )] ⑵实的调频信号a (t )cos )(t φ对应的解析信号为 z (t )=a (t )cos )(t φ+j н[a (t )cos )(t φ]=A (t ))(t j e φ (2.1) ⑶任何一个实调幅-调频信号a (t )cos )(t φ的解析信号若满足一定的条件,就可写成式(2.1)所示的形式。 ⑷实窄带高频信号s (t )=a (t )cos[2πf 0t+)(t φ]的解析信号为

反激变换器小信号模型Gvd(s)推导__1210

一、反激变换器小信号模型的推导 1.1 DCM 1.1.1 DCM buck-boost 小信号模型的推导 根据状态空间平均法推导DCM buck-boost 变换器小信号模型如下: +-v in (t)v o (t)一般开关网络 图1 1理想Buck-Boost 变换器开关网络 1231d d d ++= (1) 首先,定义开关网络的端口变量1122,,,v i v i ,建立开关周期平均值 1 1 2 2 ,,,s s s s T T T T v i v i 之间的关系: 11()s g T g pk s s v t v i d T d T L L <>= = (2) 根据工作模态:113()()()0s s s L T g T T v t d v t d v t d <>=<>+<>+ (3) []1 1 ()()()s s s t T t T L T L s t t s s s di L v t v d L d i t T i t T T d T τττ++<>= = =+-? ? (4) DCM 下,()()0s i t T i t +==,所以()0s L T v t <>=,结合(3)式: 11()()0s s g T T d v t d v t <>+<>= (5) 21()(t)=-(t)()s s g T T v t d d v t <><> (6) 根据工作模态:1123()()0()(()())()()s s s s T g T T g T v t d t d t v t v t d t v t <>=+<>-<>+<>(7) 消去上式的2d 和3d 得:1()()s s T g T v t v t <>=<> (8) 根据工作模态:2123()()(()())()0(()) s s s s T g T T g T v t d t v t v t d t d v t <>=<>-<>++-<>

(完整版)语音信号分析与处理系统设计

语音信号分析与处理系统设计

语音信号分析与处理系统设计 摘要 语音信号处理是研究用数字信号处理技术和语音学知识对语音信号进行处理的新兴的学科,是目前发展最为迅速的信息科学研究领域的核心技术之一。通过语音传递信息是人类最重要、最有效、最常用和最方便的交换信息形式。 Matlab语言是一种数据分析和处理功能十分强大的计算机应用软件,它可以将声音文件变换为离散的数据文件,然后利用其强大的矩阵运算能力处理数据,如数字滤波、傅里叶变换、时域和频域分析、声音回放以及各种图的呈现等,它的信号处理与分析工具箱为语音信号分析提供了十分丰富的功能函数,利用这些功能函数可以快捷而又方便地完成语音信号的处理和分析以及信号的可视化,使人机交互更加便捷。信号处理是Matlab重要应用的领域之一。 本设计针对现在大部分语音处理软件内容繁多、操作不便等问题,采用MATLAB7.0综合运用GUI界面设计、各种函数调用等来实现语音信号的变频、变幅、傅里叶变换及滤波,程序界面简练,操作简便,具有一定的实际应用意义。 最后,本文对语音信号处理的进一步发展方向提出了自己的看法。 关键字:Matlab;语音信号;傅里叶变换;信号处理;

目录 1 绪论 (1) 1.1课题背景及意义 (1) 1.2国内外研究现状 (1) 1. 3本课题的研究内容和方法 (2) 1.3.1 研究内容 (2) 1.3.2 运行环境 (2) 1.3.3 开发环境 (2) 2 语音信号处理的总体方案 (3) 2.1 系统基本概述 (3) 2.2 系统基本要求 (3) 2.3 系统框架及实现 (3) 2.4系统初步流程图 (4) 3 语音信号处理基本知识 (6) 3.1语音的录入与打开 (6) 3.2采样位数和采样频率 (6) 3.3时域信号的FFT分析 (6) 3.4数字滤波器设计原理 (7) 3.5倒谱的概念 (7) 4 语音信号处理实例分析 (8) 4.1图形用户界面设计 (8) 4.2信号的采集 (8) 4.3语音信号的处理设计 (8) 4.3.1 语音信号的提取 (8) 4.3.2 语音信号的调整 (10)

信号分析与处理技术习题册

第一章 时域离散信号与离散系统 1-1 给定信号: ?? ???≤≤-≤≤-+=其它,040,61 4,52)(n n n n x (1) 画出x(n)序列的波形,标上各序列值; (2) 试用延迟的单位脉冲序列及其加权和表示x(n)序列; (3) 令x 1(n)=2x(n-2),试画出x 1(n)波形; (4) 令x 2(n)=2x(n+2),试画出x 2(n)波形; (5) 令x 3(n)=x(2-n),试画出x 3(n)波形。 1-2 有序列如下图所示 请计算x e (n)=[x(n)+x(-n)]/2,并画出波形。 1-3 试判断 (1)∑-∞ ==n m m x n y )()( (2)y(n)=[x(n)]2 (3)) 792sin()()(π π +=n n x n y 是否线性系统,并判断(2)、(3)是否移不变系统。 1-4设线性时不变系统的单位脉冲响应h(n)和输入序列x(n)如图所示,要求画出y(n)的波形。 1-5 已知线性移不变系统的输入为x(n)=δ(n)-δ(n-2),系统的单位抽样响应为 h(n)=0.5n R 3(n),试求系统的输出y(n) 1-6 设有一系统,其输入输出关系由以下差分方程确定: y(n)-0.5y(n-1)=x(n)+0.5x(n-1) 设系统是因果性的。利用递推法求系统的单位抽样响应; (1) 由(1)的结果,利用卷积和求输入x(n)=e jwn u(n)的响应。 第二章 时域离散信号与系统的频域分析 2-1 试求如下序列的傅立叶变换:

(1)x 1(n)=R 5(n) (2)x 2(n)=u(n+3)-u(n-4) 2-2 设???==其它 ,01,0,1)(n n x ,将 x(n)以4为周期进行周期延拓,形成周期序列~)(n x ,画出x(n)和~)(n x 的波形,求出~)(n x 的离散傅立叶级数~)(k X 和傅立叶变换。 2-3 设如图所示的序列x(n)的FT 用X(e jw )表示,不直接求出X(e jw ),确定并画出傅立叶变换实部Re[X(e jw )]的时间序列x e (n) 2-4 求序列-2-n u(-n-1)的Z 变换及收敛域: 2-5 已知)(2||5.02523)(211n x z z z z z X 对应的原序列,求收敛<<+--=--- 2-6 分别用长除法、部分分式法求以下X(z)的反变换: 21||,41 1311)(21>-- = --z z z z X 2-7 用Z 变换法解下列差分方程: y(n)-0.9y(n-1)=0.05u(n),y(-1)=1,y(n)=0,n<-1 2-8 研究一个输入为x(n)和输出为y(n)的时域线性离散移不变系统,已知它满足)()1()(310 )1(n x n y n y n y =++--,并已知系统是稳定的,试求其单位抽样响 应。 第三章 离散傅立叶变换(DFT ) 3-1 计算以下序列的N 点DFT ,在变换区间0≤n ≤N-1内,序列的定义为x(n)=sin(w 0n)·R N (n)

开关电源(Buck电路)的小信号模型及环路设计

开关电源(Buck电路)的小信号模型及环路设计 万山明,吴芳 (华中科技大学电气与电子工程学院,湖北武汉430074) 摘要:建立了Buck电路在连续电流模式下的小信号数学模型,并根据稳定性原则分析了电压模式和电流模式控制下的环路设计问题。 关键词:开关电源;小信号模型;电压模式控制;电流模式控制 0 引言 设计一个具有良好动态和静态性能的开关电源时,控制环路的设计是很重要的一个部分。而环路的设计与主电路的拓扑和参数有极大关系。为了进行稳定性分析,有必要建立开关电源完整的小信号数学模型。在频域模型下,波特图提供了一种简单方便的工程分析方法,可用来进行环路增益的计算和稳定性分析。由于开关电源本质上是一个非线性的控制对象,因此,用解析的办法建模只能近似建立其在稳态时的小信号扰动模型,而用该模型来解释大范围的扰动(例如启动过程和负载剧烈变化过程)并不完全准确。好在开关电源一般工作在稳态,实践表明,依据小信号扰动模型设计出的控制电路,配合软启动电路、限流电路、钳位电路和其他辅助部分后,完全能使开关电源的性能满足要求。开关电源一般采用Buck电路,工作在定频PWM控制方式,本文以此为基础进行分析。采用其他拓扑的开关电源分析方法类似。 1 Buck电路电感电流连续时的小信号模型 图1为典型的Buck电路,为了简化分析,假定功率开关管S和D1为理想开关,滤波电感L为理想电感(电阻为0),电路工作在连续电流模式(CCM)下。R e为滤波电容C的等效串联电阻,R o为负载电阻。各状态变量的正方向定义如图1中所示。 图1 典型Buck电路

S 导通时,对电感列状态方程有 O U Uin dt dil L -= ⑴ S 断开,D 1续流导通时,状态方程变为 O U dt dil L -= (2) 占空比为D 时,一个开关周期过程中,式(1)及式(2)分别持续了DT s 和(1-D )T s 的时间(T s 为开关周期),因此,一个周期内电感的平均状态方程为 ())()(O in O O in U DU U D U U D dt dil L -=--+-=1 稳态时,dt dil =0,则DU in =U o 。这说明稳态时输出电压是一个常数,其大小与占空比D 和输入电压U in 成 正比。 由于电路各状态变量总是围绕稳态值波动,因此,由式(3)得 L =(D +d )(U in +)-(U o +) (4) 式(4)由式(3)的稳态值加小信号波动值形成。上标为波浪符的量为波动量,d 为D 的波动量。式(4)减式(3)并略去了两个波动量的乘积项得 L =D +dU in - (5) 由图1,又有 i L =C + (6) U o =U c +R e C (7)

平稳和非平稳振动信号的处理方法综述

平稳和非平稳振动信号的处理方法 周景成 (东华大学机械工程学院,上海 201620) 摘要:本文主要综述了当前对于平稳和非平稳振动信号的处理方法及其优缺点,同时列举了目前振动信号处理的研究热点和方向。 关键词:稳态非稳态振动信号处理;方法;优缺点。 1.稳态与非稳态振动信号的界定 稳态振动信号是指频率、幅值和相位不变的动态信号,频率、幅值和相位做周期性变化的信号称为准稳态信号,而对于频率、幅值和相位做随机变化的信号则称为非稳态信号。 2. 稳态或准稳态振动信号的主要处理方法及其优势与局限 对于稳态振动信号,主要的分析方法有离散频谱分析和校正理论、细化选带频谱分析和高阶谱分析。对于准稳态信号主要采用的是解调分析。对于非稳态振动信号主要采用加Hanning窗转速跟踪分析、短时傅里叶变换、Wigner-Ville 分布和小波变换等。对于任一种信号处理方法都有其优势和劣势,没有完美的,具体在工程实际中采用哪一种分析方法得看具体的工程情况而定,不能一概而论。 2. 1 离散频谱分析与校正 离散频谱分析是处理稳态振动信号的常用方法,离散频谱分析实现了信号从时域到频域分析的转变。FFT成为数字信号分析的基础,广泛应用于工程技术领域。通过离散傅里叶变换将振动信号从时域变换到频域上将会获得信号更多的信息。对于这一方法,提高信号处理的速度和精度是当下两个主要的研究方向。由于计算机只能对有限多个样本进行运算,FFT 和谱分析也只能在有限区间内进行,这就不可避免地存在由于时域截断产生的能量泄漏,离散频谱的幅值、相位和频率都可能产生较大的误差,所以提高精度成为近一段时间主要的研究方向。上世纪70年代中期,有关学者开始致力于离散频谱校正方法的研究。目前国内外有四种对幅值谱或功率谱进行校正的方法:(1)比值校正法(内插法);(2)能量重心校正法;(3)FFT+FT谱连续细化分析傅立叶变换法;(4)相位差法。四种校正方法的原理和特点见表1[1]. 从理论上分析,在不含噪声的情况下,比值法和相位差法是精确的校正法,而能量重心法和FFT+FT谱连续细化分析傅立叶变换法是精度很高的近似方法。随着频谱校正技术的发展和不断完善,越来越广泛地被应用于分析各种实际问题和各类动态信号分析系统中,根据应用对象特点的不同,采用不同的校正方法。一般在只需要较高幅值精度时,多采用方法简便的三点卷积幅值法;需要精确的频率和相位采用比值法;在噪声较大时,采用相位差校正法或FFT+FT谱连续细化分析傅立叶变换法。 2. 2 细化选带频谱分析 振动信号中, 对密集型频谱的分析采用细化选带频谱分析方法, 该方法有 多种, 如复调制细化、相位补偿细化、Chirp- Z 变换、最大熵谱分析等, 其中

第四章 放大电路基础(2)小信号模型及三种基本电路2016 [兼容模式]

§4.3 放大电路的分析方法 ——小信号模型分析法
思路:在Q点附近,三极管特性曲线可近似看为线性的,把非线性问题转为 线性问题求解。条件:输入为交流小信号(微变信号) 式中各量均是全量,包 一、H参数等效电路: 含直流和交流两部分
1、H参数的导出:
v BE = VBE + vbe
iB = I B + ib iC = I C + ic
iC iB
+
vCE = VCE + vce
vBE=f1 (iB , vCE ) iC=f 2 (iB , vCE )
电气工程学院 苏士美
T
+
输入回路关系 输出回路关系
v BE 2016/3/7
PDF pdfFactory Pro
v CE -
1
https://www.360docs.net/doc/b06575895.html,

小信号模型分析法
考虑微变关系,对两式取全微分:
vBE=f1 (iB , vCE ) iC=f 2 (iB , vCE )
式中: dvBE = vbe , diB = ib , dvCE = vce , diC = ic
dvBE=
?vBE ?iB
? diB +
vCE
?vBE ?vCE
? dvCE
iB
vbe=hie ib + hre vce
在小信号情况下: H参数,具有不同的 量纲,混合参数
共e下BJT的输入 电阻rbe(欧姆) 电流放大系数β
输出对输入的反作 用μr(无量纲) 输出电导1/rce
?iC diC= ?iB
2016/3/7
PDF pdfFactory Pro
vCE
?iC ? diB + ?vCE
? dvCE
iB
电气工程学院 苏士美
ic=hfe ib + hoe vce
2
https://www.360docs.net/doc/b06575895.html,

雷达信号环境仿真模型

雷达信号环境仿真模型 在雷达信号环境仿真中,需要建立雷达信号环境的仿真模型,包括雷达脉冲信号模型、天线扫描模型、多信号脉冲排序模型等。模拟波形和实际雷达信号的相似程度主要取决于信号模型的选择。因此,分析雷达信号环境,建立完善、精确的仿真模型,是能否精确复现雷达信号环境的关键。 1.1.1.1 脉冲信号环境分析和脉冲描述字(PDW) 雷达对抗的信号环境S 是指雷达对抗设备在其所在的地域内存在的各种辐射、散射信号的集合: {}N n i t S S 1 )(== (2.3-11) 其中)(t S i 是第i 个辐射、散射源,N 是辐射、散射源的数量。如果主要考虑其中的雷达信号辐射源,则辐射源信号)(t S i 可顺序展开其脉冲序列: {}∞==1 )()(n i i n S t S (2.3-12) 式中的)(n S i 为)(t S i 的第n 个脉冲。 雷达侦察设备以S 为工作背景,从S 中获取有用信息,并对S 做出适当反应。根据不同用途和技战术指标的要求,具体的电子对抗设备对S 的检测能力是一个有限的子空间D : {}P PW DOA RF D Ω?Ω?Ω?Ω= (2.3-13) 式中,RF Ω、DOA Ω、PW Ω、P Ω分别为雷达对抗设备对信号载频、到达方向、脉冲参数和信号功率的检测范围,?为直积。D 可以是非时变的,也可以是时变的。雷达信号环境仿真的目的,就是要精确复现出雷达侦察设备的工作环境S ,模拟战场电子战行为。 随着现代雷达技术的发展,电子战威胁环境变得十分复杂,已经从单一种类的信号,发展成为多种不同体制雷达信号的组合。现代调制技术的发展,使得雷达信号形式复杂、参数多变,不仅在时域上有复杂的变化,而且在频域上的变化

非平稳信号处理方法

缺课课程感言二 第五章非平稳信号处理方法 一、主要内容 经典的傅里叶分析能够完美地描绘平稳的正弦信号及其组合,但不能恰当地反映非平稳信号的特征。 许多随机过程从本质上来讲是非平稳的,例如语音信号、冲击响应信号、机组启、停机信号等。 必须寻找既能够反映时域特征又能够反映频域特征的新方法。 本章介绍短时傅里叶变换、小波变换和小波包分析等非平稳信号分析方法的原理、特点及其在工程中的应用。 5.1 短时傅里叶变换 傅里叶变换用平稳的正弦波作为基函数,通过内积运算去变换信号,得到其频谱。 这一变换建立了一个从时域到频域的谱分析通道。 频谱X(f) 显示了用正弦基函数分解出x(t) 中任一正弦频率f 的总强度。 傅里叶谱分析提供了平均的频谱系数,只与频率f 有关,而与时间t无关。 傅里叶分析还要求所分析的随机过程是平稳的. 1946年Gabor提出了窗口傅里叶变换,称为短时傅里叶变换(Short Time Fourier Transform, STFT)。 由加窗信的傅里叶变换产生短时傅里叶变换。 窗函数h(t)的选取是关键。最优窗函数是高斯函数。 时间分辨率和频率分辨率一旦确定,则STFT在整个时频平面上的时频分辨率保持不变。短时傅里叶变换能够分析非平稳动态信号,其基础是傅里叶变换,更适合分析准平稳(quasi-stationary)信号。 反映信号高频成份需要用窄时窗,而反映信号低频成份需要用宽时窗。短时傅里叶变换不能同时满足这些要求。 5.2 小波变换 近年来在工具和方法上有重大突破的小波变换,为非平稳信号分析展示了美好的前景。“小波”就是小的波形。所谓“小”是指局部非零,波形具有衰减性;“波”则是指它具有波动性,包含有频率的特性。 小波分析的思想来源于伸缩和平移方法。 1910年A. Haar提出的规范正交系 1984年,J. Morlet在分析地震数据的局部性时引进了小波概念。 1986年,Y. Meyer构造出二进伸缩、平移小波基函数,掀起小波研究热潮。 1987年,S. G. Mallat将多分辨思想引入小波分析,提出快速塔形算法。 1988年,I. Daubechies构造了紧支集正交小波基,完善小波理论体系。 1989到1991年,R. R. Coifman、M. V. Wickerhauser等提出小波包及算法。 5.2.1 多分辨分析及其工程意义 1997年,W. Sweldens提出第二代小波变换的概念和算法。

信号分析与处理

信号分析与处理 第一章绪论:测试信号分析与处理的主要内容、应用;信号的分类,信号分析与信号处理、测试信号的描述,信号与系统。 测试技术的目的是信息获取、处理和利用。 测试过程是针对被测对象的特点,利用相应传感器,将被测物理量转变为电信号,然后,按一定的目的对信号进行分析和处理,从而探明被测对象内在规律的过程。 信号分析与处理是测试技术的重要研究内容。 信号分析与处理技术可以分成模拟信号分析与处理和数字信号分析与处理技术。 一切物体运动和状态的变化,都是一种信号,传递不同的信息。 信号常常表示为时间的函数,函数表示和图形表示信号。 信号是信息的载体,但信号不是信息,只有对信号进行分析和处理后,才能从信号中提取信息。 信号可以分为确定信号与随机信号;周期信号与非周期信号;连续时间信号与离散时间信号;能量信号与功率信号;奇异信号; 周期信号无穷的含义,连续信号、模拟信号、量化信号,抽样信号、数字信号 在频域里进行信号的频谱分析是信号分析中一种最基本的方法:将频率作为信号的自变量,在频域里进行信号的频谱分析; 信号分析是研究信号本身的特征,信号处理是对信号进行某种运算。 信号处理包括时域处理和频域处理。时域处理中最典型的是波形分析,滤波是信号分析中的重要研究内容; 测试信号是指被测对象的运动或状态信息,表示测试信号可以用数学表达式、图形、图表等进行描述。 常用基本信号(函数)复指数信号、抽样函数、单位阶跃函数单位、冲激函数(抽样特性和偶函数)离散序列用图形、数列表示,常见序列单位抽样序列、单位阶跃序列、斜变序列、正弦序列、复指数序列。 系统是指由一些相互联系、相互制约的事物组成的具有某种功能的整体。被测系统和测试系统统称为系统。输入信号和输出信号统称为测试信号。系统分为连续时间系统和离散时间系统。

AM信号的仿真分析

课程设计任务书 学生姓名:专业班级: 指导教师: 工作单位: 题目:AM信号的仿真分析 初始条件: 1)Matlab 软件 2)通信原理基础知识 设计内容和要求: 调制信号:分别为300Hz正弦信号和矩形信号;载波频率:30kHz;解调方式:分别为包络解调和同步解调; 要求:画出以下三种情况下调制信号、已调信号、解调信号的波形、频谱以及解调器输入输出信噪比的关系曲线; 1)调制信号幅度=0.8×载波幅度;2)调制信号幅度=载波幅度; 3)调制信号幅度=1.5×载波幅度; 指导教师签名:年月日 系主任(或责任教师)签名:年月

基于MATLAB的AM信号的调制与解调 摘要:现在的社会越来越发达,科学技术不断的在更新,在信号和模拟电路里面经常要用到调制与解调,而AM的调制与解调是最基本的,也是经常用到的。用AM调制与解调可以在电路里面实现很多功能,制造出很多有用又实惠的电子产品,为我们的生活带来便利。在我们日常生活中用的收音机也是采用了AM调制方式,而且在军事和民用领域都有十分重要的研究课题。 本文主要的研究内容是了解AM信号的数学模型及调制方式以及其解调的方法。不同的解调方法在不同的信噪比情况下的解调结果,那种方法更好,作出比较。要求是进行双音及以上的AM信号的调制与解调。先从AM的调制研究,研究它的功能及在现实生活中的运用。其次研究AM的解调,以及一些有关的知识点,以及通过它在通信方面的运用更加深入的了解它。从单音AM信号的数学模型及调制解调方式出发,得出双音AM信号的数学模型及其调制与解调的框图和调制解调波形。利用MATLAB编程语言实现对双音AM 信号的调制与解调,给出不同信噪比情况下的解调结果对比。 关键词:AM信号,调制,解调,信噪比,MATLAB

实验一-LabVIEW中的信号分析与处理

实验一LabVIEW中的信号分析与处理 一、实验目的: 1、熟悉各类频谱分析VI的操作方法; 2、熟悉数字滤波器的使用方法; 3、熟悉谐波失真分析VI的使用方法。 二、实验原理: 1、信号的频谱分析是指用独立的频率分量来表示信号;将时域信号变换到频域,以显示在时域无法观察到的信号特征,主要是信号的频率成分以及各频率成分幅值和相位的大小,LabVIEW中的信号都是数字信号,对其进行频谱分析主要使用快速傅立叶变换(FFT)算法: ·“FFT Spectrum(Mag-Phase).vi”主要用于分析波形信号的幅频特性和相频特性,其输出为单边幅频图和相频图。 ·“FFT.vi”以一维数组的形式返回时间信号的快速傅里叶运算结果,其输出为双边频谱图,在使用时注意设置FFT Size为2的幂。 ·“Amplitude and Phase Spectrum .vi”也输出单边频谱,主要用于对一维数组进行频谱分析,需要注意的是,需要设置其dt(输入信号的采样周期)端口的数据。 2、数字滤波器的作用是对信号进行滤波,只允许特定频率成份的信号通过。滤波器的主要类型分为低通、高通、带通、带阻等,在使用LabVIEW中的数字滤波器时,需要正确设置滤波器的截止频率(注意区分模拟频率和数字频率)和阶数。 3、“Harmonic Distortion Analyzer .vi”用于分析输入的波形数据的谐波失真度(THD),该vi还可分析出被测波形的基波频率和各阶次谐波的电平值。 三、实验内容: (1) 时域信号的频谱分析 设计一个VI,使用4个Sine Waveform.vi(正弦波形)生成频率分别为10Hz、30Hz、50Hz、100Hz,幅值分别为1V、2V、3V、4V的4个正弦信号(采样频率都设置为1kHz,采样点数都设置为1000点),将这4个正弦信号相加并观察其时域波形,然后使用FFT Spectrum(Mag-Phase).vi对这4个正弦信号相加得出的信号进行FFT频谱分析,观察其幅频和相频图,并截图保存。

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