一种低波峰因数多频率正弦信号的合成方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于医疗电子仪器的测试计量技术领域，涉及一种低波峰因数多频率正弦 信号的合成方法。
【背景技术】
[0002] 生物电阻抗（Bioimpedance)是生物对象对所施加的交流电流的流动所呈现出的 宏观抑制特性，其反应了生物系统的微观电特性。相对其他传统的测量方法，生物电阻抗 测量法具有低成本、无创性、实用性和快捷性，从而成为生物医学中提取生理、病理信息的 重要手段，对研宄生物组织病变、人体成分评估、疾病早期监测等方面都有着广泛的运用前 景。
[0003] 早期生物电阻抗测量主要采用分时测量来获得阻抗谱信息，如直接采用数字频率 合成器（DDS)产生激励信号，其特点是在一个测量时刻，激励信号只有一种频率，因此需 要分时扫频才能完成所有激励频率的测量。扫频法虽然简单易行，其拥有较高的信噪比 (SNR)，但由于如心跳、呼吸、血液流动等动态变化使基于扫频的分时测量法不能及时响应 生物系统的变化从而无法得到生物的瞬时特性，失去了宝贵的诊断信息。
[0004] 为了更方便的进行动态生物电阻抗测量，采用多频率同步信号成为电阻抗测量的 趋势。多频率同步信号可以在很短的时间内同时对被测阻抗进行不同频率的激励，从而可 以同时获得多个频率下的频率响应。如拥有较强的抗干扰性的伪随机信号m序列可以在 连续的频谱分布下得到系统的阻抗信息，但一般而言，阻抗的测量只需要在一定频率范围 (通常为5kHz至IMHz)选择有限个稀疏、宽频的频率分布点。因此拥有连续频谱的m序列 会因为能量有限而降低各个频率下的幅值，从而降低对应的SNR。
[0005] 多频率正弦（multi-sine)信号是一种通过包含有限个不同频率、幅值、相位的正 弦波从而使其具有任意频率分布与幅值分布的MFS。由于可以自定义频率分布和幅值分布， 其很高的能量利用率和灵活性使其在工业测量中得到了广泛的运用。但没有进行优化过的 multi-sine信号拥有较大的波峰因数（CF)，会破坏测量系统的线性特征，因此如何合成具 有低CF的multi-sine信号是当今研宄的主要方向。一般而言CF的优化方法主要分为以 下两类：解析法和迭代法。解析法可以直接通过公式计算出各个谐波的优化相位，但主要 针对于等幅，频率均匀分布的频谱，并且CF值并没有达到最优。而迭代法一般都可以得到 比解析法更优的CF值，代价是算法复杂且计算量很大。迭代法的优点是通过大量的迭代运 算，CF值可以降到很低，但其算法一般很复杂且运算时间过长。因此如何综合两种方法的 优点，设计出一种针对任意幅值、频率分布的multi-sine信号，都具有高效、通用的低波峰 因数合成方法对于实际的运用非常关键。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种低波峰因数多频率正弦信号的合成方法，解决了现有技 术中存在的低波峰因数多频率正弦信号的合成方法复杂、效率低的技术问题。
[0007] 本发明所采用的技术方案是，一种低波峰因数多频率正弦信号的合成方法，包括 以下步骤：
[0008] 步骤1 :将各次谐波频率fk输入计算机，k代表谐波的次数；
[0009]步骤2:获取各次谐波频率对应的将功率pk的和归一化后的ak，并将其输入计算 机；
[0010] 步骤3 :对各次谐波的初相位进行Schroeder编码，并将其输入计算机；
[0011] 步骤4 :根据步骤1、步骤2和步骤3得到的参数fk、ak、通过IDFT生成初始时
【主权项】
1. 一种低波峰因数多频率正弦信号的合成方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1 :将各次谐波频率fk输入计算机，k代表谐波的次数； 步骤2 :获取各次谐波频率对应的将功率Pk的和归一化后的a k，并将其输入计算机； 步骤3 :对各次谐波的初相位卩^进行Schroeder编码，并将其输入计算机； 步骤4 :根据步骤1、步骤2和步骤3得到的参数fk、ak、通过IDFT生成初始时域信 号，
η = 0, 1，...，N-I，N为一个周期内的码元数； 步骤5 :通过迭代过程优化初相位，最终获取最优相位％，结合步骤1、步骤2中的各次 谐波的fk、ak，通过IDFT生成最终的时域信号，即低波峰因数的多频率正弦信号； 步骤6 :将最终得到的低波峰因数的多频率正弦信号输出。
2. 根据权利要求1所述的一种低波峰因数多频率正弦信号的合成方法，其特征在于， 步骤1中fk的表达式如下： fk= kXf ! (I)； 其中，k = 1，. . .，K，K为谐波的总次数，为基波频率。
3. 根据权利要求2所述的一种低波峰因数多频率正弦信号的合成方法，其特征在于， 步骤2中ak的获取方法为： 将各次谐波对应的功率Pk的和归一化为1
_，则
⑵。
4. 根据权利要求2所述的一种低波峰因数多频率正弦信号的合成方法，其特征在于， 步骤3中各次谐波的初相位为：
其中，奶为基汲初相位，取0~2 π的随机数。
5. 根据权利要求1所述的一种低波峰因数多频率正弦信号的合成方法，其特征在于， 步骤4中的IDFT过程中码元产生的频率fs不小于信号谐波最高频率匕的64倍。
6. 根据权利要求1所述的一种低波峰因数多频率正弦信号的合成方法，其特征在于， 步骤5中生成最优相位％，得到最终时域信号的具体方法为： 5. 1，首先构造时域信号钳位函数： 时域信号钳位函数采用原型为一个上下限给定的对数函数y = l〇ga(i_b)，其中，i为 当前迭代次数，i = 0, ....，X，X为总的迭代次数，钳位值y的下限设为0. 7,上限设为1，时 域信号钳位函数中参数a和b的计算方法为： 分别将（〇, 〇. 7)，（X，1)代入对数函数y = Ioga (i-b)，通过Matlab中的solve ()函数 求解得到a、b的值，得到时域信号的钳位函数； 5. 2,采用步骤5. 1中构造的钳位函数y = loga(i-b)，对当前时域信号 进行钳位，得到钳位后的信号，其中i = 0, 1，2,....，X，当i =
〇时，当前时域信号即为步骤4中生成的初始时域信号，具体操作为： 计算当前阈值Ηω，//(i) =^xraax(Xli))，当.if大于H⑴时，= 当小于等于 H(i)时，xf1保持不变； 5. 3,对钳位后的信号进行FFT，得到新的各次谐波对应的相位<+1)，结合步骤1、步骤2 中的各次谐波的f k、ak通过IDFT生成新的时域信号，返回步骤5. 2进行下一次迭代； 重复步骤5. 2~5. 3,直到X次迭代结束，得到最优相位％下的最终时域信号，即低波 峰因数的多频率正弦信号。
【专利摘要】本发明公开了一种低波峰因数多频率正弦信号的合成方法，其对各次谐波的初相位进行Schroeder编码，并结合钳位函数进行迭代过程优化相位，最终得到波峰因数的多频率正弦信号。本发明的低波峰因数多频率正弦信号合成方法迭代次数少，简单易实现，且与构成信号的基波频率无关，当合成信号的各次谐波幅值相等时，得到的最终波峰因数与幅值的选取也无关，因此对合成低波峰因数的不同谐波次数的多频率正弦信号具有通用性。
【IPC分类】G06F19-00
【公开号】CN104680007
【申请号】CN201510072876
【发明人】杨宇祥, 张甫, 滕召胜
【申请人】西安理工大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年2月11日