Z变换细化选带的频谱分析对比.PDFVIP

维普资讯 振 动 与 冲 击 第25卷第6期 JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCK ZFFT与Chirp—Z变换细化选带的频谱分析对比 丁 康 潘成灏 李巍华 (华南理工大学汽车工程学院，广东省电动汽车研究重点实验室，广州 510640) 摘 要 在细化选带频谱分析中，复调制细化方法(zFFT)和线性调频z变换方法(Chirp—Z变换)是常用的两种方 法。通过理论分析和仿真计算，对两者在算法、特点和误差方面进行对比分析表明：对于单频率和谱线干涉不严重的多频 率谐波成分，使用FFT后进行校正，或者使用CZT细化分析，均能得到高精度的频率、幅值和相位，不必使用ZFFT；Xff于 发生严重干涉现象的密集多频率谐波成分，zFFT通过增大细化倍数后重采样，把干涉的各频率成分分离后进行校正可获 得高精度的信号参数，但 CZT只是把细化分析频带局部放大，无法消除干涉影响，提高频率分辨率也无法分离出信号的 真实频率成分。通过增大采样点数，减少干涉产生的误差，CZT可以获得较高精度的信号参数，但却大大增加了运算 时间。 关键词：细化频谱分析，Zoom—FFr(ZFFT)，ChiprZ·变换(CZT) 中图分类号：TN911．7 文献标识码：A 一 )；2)构造一个复解析带通滤波器h。(／t)，半阶数 为肘 ，可加窗；3)选抽滤波。选抽比为D ，选抽出Ⅳl 0 引 言 点；4)复调制移频。将细化的起始频率移到零频点； 在信号处理中，人们为了把整个频率范围中的某 5)加窗作 点FFr和谱分析。 段重点频区局部放大，获得比整个频率范围的频率分 1．2 工程中使用ZFFT细化的步骤 辨率更高的频率分辨率，从而观察频谱中的细微部分， 1)确定采样频率 和每段的采样点数为 订= 这就是频谱细化分析方法。常用的方法有基于复解析 (N1—1)XD1+2XM】+1，即原始长序列的频率分辨 带通滤波器的复调制细化方法 (简称ZFFT)和线性调 率为4f,= ／Ⅳz盯，共采样K段；2)对信号零均值化 频z变换方法 (Chirp-Z变换，简称CZT)。 后，作Ⅳ 点FFr全景谱；3)确定ZFVr参数，只使用一 基于复解析带通滤波器的ZFFT的原理为 ：构造 次ZFVr细化，就可以把信号中含有的不同频率成分分 复解析带通滤波器一 对时域信号隔D(细化倍数)点或 离出来；4)作K段功率谱平均；5)使用频谱校正方 2D点进行复解析带通滤波一移频～进行FFr和谱分析。 法 进行校正。 CZT是一种在z平面上沿着螺旋线轨道计算有限 l-3 特点 时宽的z变换方法。基本原理是 ：在折叠频率范围 1)若在采样频率、采样点数和窗函数不变 (即原 内，任意选择起始频率和频率分辨率，在这有限带宽里对 始频率分辨率不变)的情况下不发生严重谱线干涉现 样本信号进行z变换，这与频谱校正方法中的FFr+盯 象(主瓣重叠)，那么ZFVr可以将密集频率成分中的不 连续细化分析傅里叶变换法 的基本原理是一样的。 同频率成分一次分离出来；2)采样点数与细化分析频 对于单频率成分，ZFVr和CZT的分析精度都相当 带、细化倍数、分辨率密切相关。 高。但对于多频率成分，当两个频率成分间隔较近时， 2 CZT的算法和特点 会发生谱线干涉现象 j，谱线合二为一或者发生谱峰 迁移现象。本文重点讨论CZT和ZFFr在工程应用中 2．1 CZT的算法 的方法和特点，以及对密集频率成分细化的分析对比。 1)确定采样频率 和平采样点数 Ⅳ