混合正弦信号分离方法及系统的制作方法

混合正弦信号分离方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种正弦信号分离方法，特别设及一种混合正弦信号分离方法。还设 及一种混合正弦信号分离系统。
【背景技术】
[0002] 文献1"正弦信号参数估计的最小二乘算法，哈尔滨工程大学学报，2005，V〇126 α)，ρρ19-23"公开了一种基于最小二乘算法的正弦信号的分离方法。该方法对于一段时间 内的观测数据进行最小二乘的方法估计正弦信号的参数，实现混合信号的分离。该方法是 一种离线的估计方法，并且计算复杂，效率低，不能满足某些在线分离的要求。
[0003] 文献2"基于粒子滤波的单通道正弦调频混合信号分离与参数估计，物理学报， 2014，ν〇163(15)，ρρ(158401-1)-(158401-%~公开了一种基于滤波算法的正弦信号的分离 方法。该方法首先建立系统方程和观测方程，然后通过MCMC粒子滤波的方法对于各个分量 正弦信号的参数最估计，实现混合正弦信号的分离。该方法虽然精度较高，但是计算量大， 效率低；同时该方法为一种基于模型的方法，对于实际应用中，模型知识欠缺或者不知道的 情形无法适用。

【发明内容】

[0004] 为了克服现有正弦信号分离方法效率低的不足，本发明提供一种混合正弦信号分 离方法。该方法首先构造转换举证，然后运用微分跟踪器构造混合正弦信号相应的偶数阶 微分信号，并利用偶数阶微分信号构造偶数阶微分信号向量，最后通过求解方程组得到混 合正弦信号的包括常量分量在内的所有分量信号。本发明采用的微分跟踪器是非模型的跟 踪器，利用微分跟踪器分离混合正弦信号能够保持实时性的同时，提高了正弦信号分离的 精度和效率。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案:一种混合正弦信号分离方法，其特点 是包括W下步骤：
[0006] 第一步、将混合正弦信号引入；
[0007] 第二步、采用快速傅里叶变换法、微分跟踪器辨识法或者基于卡尔曼滤波器及衍 生卡尔曼滤波器的方法确定混合正弦信号中的分量信号的个数及相应的频率，通过线性高 增益微分器或者高阶滑模微分器跟踪所述混合正弦信号的偶数阶微分信号；
[000引第Ξ步、将所述混合正弦信号中的分量信号进行分离，得到正弦分量信号和常量 分量信号。
[0009] -种混合正弦信号分离系统，其特点是包括:信号输入模块Α、信号处理模块Β和分 量信号分离模块C。所述信号输入模块A与所述信号处理模块电连接，用于将混合正弦信号 引入至信号处理模块;信号处理模块B与所述分量信号分离模块电连接，用于接收所述信号 输入模块引入的混合正弦信号，并进行处理，分量信号分离模块通过快速傅里叶变换法、基 于微分跟踪器辨识法、基于卡尔曼滤波器及衍生卡尔曼滤波器方法，获取混合正弦信号中 的分量信号的个数及相应的频率，并通过线性高增益微分器或者高阶滑模微分器跟踪混合 正弦信号的偶数阶微分信号，W及，将所获取的混合正弦信号的分量信号个数及相应的频 率、偶数阶微分信号传递至分量信号分离模块;所述分量信号分离模块C接收所述信号处理 模块传递的混合正弦信号的分量信号个数及相应的频率、偶数阶微分信号，对混合正弦信 号进行分量分离。
[0010] 一种上述混合正弦信号分离系统，其特点是：还包括分量信号输出模块D，所述的 分量信号输出模块D与分量信号分离模块电连接，用于将所述分量信号分离模块分离出的 正弦分量信号与常量分量信号输出。
[0011] 一种上述混合正弦信号分离系统，其特点是:所述信号处理模块B包括分量信号个 数及频率辨识模块a和微分跟踪模块b，分量信号个数及频率辨识模块a用于对混合正弦信 号进行处理，获取混合正弦信号中的分量信号的个数及相应的频率;所述微分跟踪模块b用 于跟踪混合正弦信号的偶数阶微分信号。
[0012] 一种上述混合正弦信号分离系统，其特点是:所述分量信号分离模块C包括正弦分 量信号分离模块C和常量信号分离模块d，所述正弦分量信号分离模块C用于分离正弦分量 信号，所述常量信号分离模块d用于分离常量分量信号。
[0013] -种基于上述混合正弦信号分离系统的分离方法，其特点是包括W下步骤：
[0014] 第一步、信号输入模块将混合正弦信号引入至信号处理模块；
[0015] 第二步、信号处理模块对所述混合正弦信号进行处理，通过快速傅里叶变换法、基 于微分跟踪器辨识法、基于卡尔曼滤波器及衍生卡尔曼滤波器方法，获取混合正弦信号中 的分量信号的个数及相应的频率，并通过线性高增益微分器或者高阶滑模微分器跟踪所述 混合正弦信号的偶数阶微分信号，然后将所获取的所述混合正弦信号的分量信号个数及相 应的频率、偶数阶微分信号传递至分量信号分离模块；
[0016] 第Ξ步、所述信号分离模块接收所述混合正弦信号的分量信号个数及相应的频 率、偶数阶微分信号，将正弦信号中的分量信号进行分离。
[0017] -种基于上述混合正弦信号分离系统的分离方法，其特点是包括W下步骤：
[001引第一步、将混合正弦信号引入；
[0019]第二步、确定混合正弦信号中的分量信号的个数η及相应的频率ω i，i = l,…，η， 并跟踪所述混合正弦信号的偶数阶微分信号yW，…，/W，构造偶数阶微分信号向量κ:
[0020] K=(y(2),…，y 倘））τ (1)
[0021] 第Ξ步、将所述混合正弦信号中的分量信号进行分离，得正弦分量信号与常量分 量信号；
[0022] 在第Ξ步中，根据所述混合正弦信号中的分量信号的个数η及相应的频率ωι构造 如下转换矩阵A :
[0023]
(2)
[0024] 此后，使用偶数阶微分信号向量和转换矩阵求解正弦分量信号向量，具体如下式 所示：
[0025]
Ο)
[0026] 随后，将正弦分量信号向量通过矩阵的运算将各个正弦分量信号进行分离，对于 第j个分量，采用如下的方法：
[0027]
(4)
[0028] 得到正弦分量信号之后，通过下式进行常量分量信号的分离；
[00 巧]Ao = y(t)-[l，l，...，l]ixnA_iK (5)
[0030]得到正弦分量信号与常量分量信号，完成对所述混合正弦信号中分量信号的分 离。
[0031 ]本发明的有益效果是:该方法首先构造转换举证，然后运用微分跟踪器构造混合 正弦信号相应的偶数阶微分信号，并利用偶数阶微分信号构造偶数阶微分信号向量，最后 通过求解方程组得到混合正弦信号的包括常量分量在内的所有分量信号。本发明采用的微 分跟踪器是非模型的跟踪器，利用微分跟踪器分离混合正弦信号能够保持实时性的同时， 提高了正弦信号分离的精度和效率。由于微分跟踪器跟踪微分信号快速准确，利用微分跟 踪器对正弦信号进行分离简单快速，分离效果好;微分跟踪器跟踪易通过简单硬件电路实 现，更容易广泛应用；微分跟踪器还可W被嵌入到计算机程序中，在计算机操作系统中实 现。
[0032] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作详细说明。
【附图说明】
[0033] 图1是本发明正弦信号分离方法实施例1的信号处理过程示意图；
[0034] 图2是本发明正弦信号分离方法实施例2信号处理过程的信号流动示意图；
[0035] 图3是本发明中的正弦信号分离系统的结构示意图；
[0036] 图4是本发明中的正弦信号分离系统的另一种实施例的结构示意图；
[0037] 图5是图4中信号处理模块的结构示意图；
[0038] 图6是图4中分量信号分离模块的结构示意图；
[0039] 图7是本发明中的正弦信号的分离方法的第Ξ种实施例的信号处理过程示意图。
【具体实施方式】
[0040] 实施例1。
[0041 ]参照图1，本发明一种混合正弦信号分离方法具体步骤如下：
[0042] 第一步、将混合正弦信号引入；
[0043] 第二步、确定混合正弦信号中的分量信号的个数及相应的频率，并跟踪所述混合 正弦信号的偶数阶微分信号；
[0044] 第Ξ步、将所述混合正弦信号中的分量信号进行分离，得到正弦分量信号和常量 分量信号。
[0045] 本发明通过对混合正弦信号处理，确定出混合正弦信号中的分量信号的个数及相 应的频率，并跟踪混合正弦信号的偶数阶微分信号，并根据混合正弦信号中的分量信号的 个数及每个分量信号对应的频率及混合正弦信号的偶数阶微分信号，将混合正弦信号中的 分量信号进行分离，最后得到正弦分量信号和常量分量信号，能够快速有效的实现混合正 弦信号的分离。
[0046] 在上述步骤中，步骤第二步可W通过快速傅里叶变换法、微分跟踪器辨识法W及 基于卡尔曼滤波器及衍生卡尔曼滤波器的方法等确定混合正弦信号中的分量信号的个数 及相应的频率，通过线性高增益微分器或\和高阶滑模微分器跟踪所述混合正弦信号的偶 数阶微分信号。
[0047] 实施例2。
[0048] 参照图2,本发明另一种混合正弦信号分离方法具体步骤如下：
[0049] 第一步、信号输入模块将混合正弦信号引入至信号处理模块；
[0050] 第二步、信号处理模块对所述混合正弦信号进行处理，获取混合正弦信号中的分 量信号的个数及相应的频率，并跟踪所述混合正弦信号的偶数阶微分信号，然后将所获取 的所述混合正弦信号的分量信号个数及相应的频率、偶数阶微分信号传递至分量信号分离 模块；
[0051] 第Ξ步、所述信号分离模块接收所述混合正弦信号的分量信号个数及相应的频 率、偶数阶微分信号，将正弦信号中的分量信号进行分离。
[0052] 该实施例中，首先通过信号输入模块将混合正弦信号引入至信号处理模块，信号 处理模块接收到混合正弦信号后对其进行处理，获取混合正弦信号中的分量信号的个数及 相应的频率，并跟踪所述混合正弦信号的偶数阶微分信号，然后将所获取的所述混合正弦 信号的分量信号个数及相应的频率、偶数阶微分信号传递至分量信号分离模块，信号分离 模块接收所述混合正弦信号的分量信号个数及相应的频率、偶数阶微分信号，将正弦信号 中的分量信号进行分离。该方法快速有效，且根据该方法能够清晰的获取混合正弦信号中 的所有分量信号的个数及对应的频率，能够快速的分离出混合正弦信号中的分量信号。
[0053] 该实施例中，