基于正弦波的数据采集器相位特性测试技术研究
发布时间：2022-01-14 21:50
数据采集器是地震观测数字化中的关键设备,数据采集器的技术性能对于获得高质量的观测数据具有重要影响。幅频特性特性已经在实际测试中常见,而相频特性的测试比较困难,但它对于了解数据质量的影响是非常重要的。相频特性测试的困难主要在于数字信号经过存储、处理和格式编排之后才输出,这些过程所带来的附加延时是不确定的,使得传统的输入—输出法无法使用。因此我们从信号的频谱出发,FFT分析法就可以精确的获取输出信号序列的初始相位,通过输入前后的相对相位关系还原理论相频特性。首先,我们了解数据采集器的内部结构以及数据采集器的信号处理流程。数据采集器的系统特性主要与内部的数字FIR滤波器有关,其中包括最小相位FIR滤波器和线性相位FIR滤波器。了解了两种滤波器的相频特性,以及授时对数字滤波器相位特性的影响后,对后续提出群时延扣除的方法提供了依据,同样对数据处理时获得的相对相位关系的认知加深,如两频点之间存在整数个2π的跳动具有识别和纠正的作用,依据理论相位特性的单调性,将相对相位特性的跳变点纠正。其次,在数字信号处理过程中普遍存在着截断效应,引起频谱泄漏,导致数据的变化,引起误差。因此使用了全相位FFT法和周...
【文章来源】：中国地震局地震预测研究所北京市
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
数据采集器DAS-24GN
第一章引言9图1.4是数据采集器RT130HR在40sps采样时的通道间的相对相位特性，它表示通道间的相位差，相位差反映了通道之间的相对时间偏差，即各道同步采样中的同步误差，不是真正意义上的相频测试。图1.4RT130HR在40sps采样时的通道间的相对相位特性频带带宽图是功率谱反映的幅频特性，与相频无关。而相对传递函数测试结果为数据采集器相频特性开辟了道路，将相位与时延联系到一起。在数据采集器内部的缓存等问题导致的传统方法不可测量相频特性的情况下，为我们测试数据采集器相频特性开辟了道路。我国也开展了多次地震仪的测试，包括地震数据采集器。关于地震数据采集器测试要求的技术文档主要有地震行业标准DB/T22，该标准规定了地震计和数据采集器的技术要求和测试方法。其中有关数据采集器频率特性的测试主要涉及幅频特性[2]，相频特性的测试仍然具有改进的空间和需要[3~5]。相频特性的测试，传统的方法是输入-输出比较法，也叫过零检测法[3]，它时使用硬件测试相频特性较为常用的方法，是通过硬件对实现的数字化测量，通过测量正弦信号进出系统的时延差确定系统的频率响应特性，但是此类方法只适合在没有缓存的系统测试中使用，受谐波和噪声干扰一些其他因素的影响，测量结果偏差较大，使得这类方法局限性很大，在普通仪器件的测量中较为常见，而在高精密仪器的测试中不会被采用。后来在相频测试的领域有采用数字相关函数法，这种方法是利用两个相同频率的正弦信号在其时延为0的的情况下，互相关
基于正弦波的数据采集器相位特性测试技术研究12号的初始相位。2.2截断效应对FFT处理余弦序列的影响2.2.1截断效应对单一频率信号的影响在数字信号处理中，需要处理的信号序列非常长，但是我们只能将有限长的序列给系统，也就是说需要对原始信号序列进行一次截断。显然，从一个无限长的序列变成一个有限长的序列，信号的信息和属性必然发生变化。比如我们将高斯白噪声进行截断，其统计特性，如均值方差等必然发生变化。再比如，截取低频正弦波序列的时候，在截取后的序列两旁出现幅值较大的变化，那么在频率里就表现为高频分量的产生，产生了旁瓣，导致了频谱泄漏。通过以上的分析，我们知道FFT可以给出余弦数字序列的初始相位，但是截断效应引起的频谱泄漏会导致信号原有信息的改变，导致幅频特性和相频特性发生变化，因此可能会对我们需要测量的相位有影响，我们设计一个序列信号，分别在有无截断时做FFT，通过幅度谱观察频谱泄漏问题，相位谱能否正确读出信号的相位。使用频率为5Hz，采样频率为100sps，初始相位为1的余弦序列。分别采样点个数N=1000和N=1024时，分别做FFT得到其频率响应特性，见图2.1。图2.1采样个数N=1000和N=1024时的幅频特性（幅度单位为dB）由于序列长度N=1000时，为整数个周期长度，避免了截断效应带来的频谱泄漏，精确获取了信号的初始相位1。而序列长度N=1024有截断效应，导致频谱泄漏，引起幅频特性和相频特性的改变，幅频特性，见图5。相频特性中无法
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种全相位FFT法的高精度相位测量仪设计[J]. 徐巧玉,刘锦霞,王军委,朱佩,黄梦彬. 河南科技大学学报(自然科学版). 2019(05)
[2]地震数据采集器非线性指标测试方法及其影响分析[J]. 李彩华,滕云田,李小军,汤一翔,王喆,胡星星,张旸. 地震学报. 2019(01)
[3]一种高分辨率数字相位计的设计与实现[J]. 吴丹丹,金涛. 电子测量技术. 2018(14)
[4]二维DFT域全相位数字滤波器设计与实现[J]. 苏飞,曹继华,段宇翔. 电子学报. 2015(11)
[5]FFT和DFT在地震数据采集器幅频特性测试中的应用[J]. 李彩华,滕云田,张旸,胡星星. 地震学报. 2014(05)
[6]基于CompactRIO的多通道强震动数据采集器FPGA的实现[J]. 吴华灯,叶春明. 华南地震. 2014(03)
[7]地震数据采集器关键技术研究[J]. 李江,薛兵,朱小毅,陈阳,彭朝勇,杜松,刘明辉,周银兴,李建飞,林湛. 地震地磁观测与研究. 2013 (Z2)
[8]全相位FFT算法在谐波测量中的应用[J]. 付贤东,康喜明,卢永杰,尹星. 电测与仪表. 2012(02)
[9]基于全相位频谱插值的欠采样频率估计[J]. 常虹,石海城,赵国庆,牛新亮. 宇航学报. 2010(12)
[10]地震数据采集系统相位特性与测试方法[J]. 刘益成,易碧金,巩庆钢,张显桂. 石油物探. 2009(02)
博士论文
[1]全相位数字信号处理[D]. 黄翔东.天津大学 2007
本文编号：3589270
【文章来源】：中国地震局地震预测研究所北京市
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
数据采集器DAS-24GN
第一章引言9图1.4是数据采集器RT130HR在40sps采样时的通道间的相对相位特性，它表示通道间的相位差，相位差反映了通道之间的相对时间偏差，即各道同步采样中的同步误差，不是真正意义上的相频测试。图1.4RT130HR在40sps采样时的通道间的相对相位特性频带带宽图是功率谱反映的幅频特性，与相频无关。而相对传递函数测试结果为数据采集器相频特性开辟了道路，将相位与时延联系到一起。在数据采集器内部的缓存等问题导致的传统方法不可测量相频特性的情况下，为我们测试数据采集器相频特性开辟了道路。我国也开展了多次地震仪的测试，包括地震数据采集器。关于地震数据采集器测试要求的技术文档主要有地震行业标准DB/T22，该标准规定了地震计和数据采集器的技术要求和测试方法。其中有关数据采集器频率特性的测试主要涉及幅频特性[2]，相频特性的测试仍然具有改进的空间和需要[3~5]。相频特性的测试，传统的方法是输入-输出比较法，也叫过零检测法[3]，它时使用硬件测试相频特性较为常用的方法，是通过硬件对实现的数字化测量，通过测量正弦信号进出系统的时延差确定系统的频率响应特性，但是此类方法只适合在没有缓存的系统测试中使用，受谐波和噪声干扰一些其他因素的影响，测量结果偏差较大，使得这类方法局限性很大，在普通仪器件的测量中较为常见，而在高精密仪器的测试中不会被采用。后来在相频测试的领域有采用数字相关函数法，这种方法是利用两个相同频率的正弦信号在其时延为0的的情况下，互相关
基于正弦波的数据采集器相位特性测试技术研究12号的初始相位。2.2截断效应对FFT处理余弦序列的影响2.2.1截断效应对单一频率信号的影响在数字信号处理中，需要处理的信号序列非常长，但是我们只能将有限长的序列给系统，也就是说需要对原始信号序列进行一次截断。显然，从一个无限长的序列变成一个有限长的序列，信号的信息和属性必然发生变化。比如我们将高斯白噪声进行截断，其统计特性，如均值方差等必然发生变化。再比如，截取低频正弦波序列的时候，在截取后的序列两旁出现幅值较大的变化，那么在频率里就表现为高频分量的产生，产生了旁瓣，导致了频谱泄漏。通过以上的分析，我们知道FFT可以给出余弦数字序列的初始相位，但是截断效应引起的频谱泄漏会导致信号原有信息的改变，导致幅频特性和相频特性发生变化，因此可能会对我们需要测量的相位有影响，我们设计一个序列信号，分别在有无截断时做FFT，通过幅度谱观察频谱泄漏问题，相位谱能否正确读出信号的相位。使用频率为5Hz，采样频率为100sps，初始相位为1的余弦序列。分别采样点个数N=1000和N=1024时，分别做FFT得到其频率响应特性，见图2.1。图2.1采样个数N=1000和N=1024时的幅频特性（幅度单位为dB）由于序列长度N=1000时，为整数个周期长度，避免了截断效应带来的频谱泄漏，精确获取了信号的初始相位1。而序列长度N=1024有截断效应，导致频谱泄漏，引起幅频特性和相频特性的改变，幅频特性，见图5。相频特性中无法
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种全相位FFT法的高精度相位测量仪设计[J]. 徐巧玉,刘锦霞,王军委,朱佩,黄梦彬. 河南科技大学学报(自然科学版). 2019(05)
[2]地震数据采集器非线性指标测试方法及其影响分析[J]. 李彩华,滕云田,李小军,汤一翔,王喆,胡星星,张旸. 地震学报. 2019(01)
[3]一种高分辨率数字相位计的设计与实现[J]. 吴丹丹,金涛. 电子测量技术. 2018(14)
[4]二维DFT域全相位数字滤波器设计与实现[J]. 苏飞,曹继华,段宇翔. 电子学报. 2015(11)
[5]FFT和DFT在地震数据采集器幅频特性测试中的应用[J]. 李彩华,滕云田,张旸,胡星星. 地震学报. 2014(05)
[6]基于CompactRIO的多通道强震动数据采集器FPGA的实现[J]. 吴华灯,叶春明. 华南地震. 2014(03)
[7]地震数据采集器关键技术研究[J]. 李江,薛兵,朱小毅,陈阳,彭朝勇,杜松,刘明辉,周银兴,李建飞,林湛. 地震地磁观测与研究. 2013 (Z2)
[8]全相位FFT算法在谐波测量中的应用[J]. 付贤东,康喜明,卢永杰,尹星. 电测与仪表. 2012(02)
[9]基于全相位频谱插值的欠采样频率估计[J]. 常虹,石海城,赵国庆,牛新亮. 宇航学报. 2010(12)
[10]地震数据采集系统相位特性与测试方法[J]. 刘益成,易碧金,巩庆钢,张显桂. 石油物探. 2009(02)
博士论文
[1]全相位数字信号处理[D]. 黄翔东.天津大学 2007
本文编号：3589270
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/dqwllw/3589270.html
