1.一种非理想多阻尼谐波信号多通道欠采样方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:步骤一,欠采样系统接收到的信号具有如下形式:其中,t∈(0,T),T表示信号的持续时间,i=1,2,…,P,用ci,k表示复振幅,且满足ci,k≠
0,ci,k∈C;用sk表示复频率,且sk=rk+j2πfk,其中,fk表示频率,rk表示阻尼因子,k=1,2,…K,K为频率分量个数;用ε(t)表示模型匹配误差信号,这P个MEDS信号具有相同的频率和阻尼因子参数,但是具有互不相同的幅值参数,即频域共同支撑模型,因此,称这P个信号为具有频域共同支撑模型的MEDS信号;
步骤二,欠采样系统将接收到的P个信号输入到P条主采样通道中,每条采样通道的采样率为fs,且满足fs<fmax,fmax为信号最大频率,采样值表达式如下:+
其中, sk=rk+j2πfk,n∈Z ,需要估计的信号参数为幅值 频率以及阻尼因子
步骤三,为了减小模型匹配误差ε(t)对参数估计结果的影响,引入粒子群优化算法对估计结果 进行优化,从而得到最优的估计结果步骤四,在辅助采样通道中,相对于主采样通道,辅助采样通道有一个时间延迟ΔTd,为了解决欠采样引起的频率模糊问题,从而能够准确地估计出频率参数 至少需要从辅助采样通道中获取K个样本。
2.如权利要求1所述的一种非理想多阻尼谐波信号多通道欠采样方法,其特征在于,所述方法所述步骤二中,改进的ESPRIT算法的过程如下:步骤2.1,首先,至少从每条主采样通道中获取 个样本xi[n],即每条主通道采样值个数 并且令 l=1,2,…,L,L+K=N,则公式(2)写为如下矩阵形式:
其中,
ci=[ci,1,ci,2,…,ci,K] (5)步骤2.2,我们利用每条通道中的样本 构成如下m×m(m≥K+1)的协方差矩阵:步骤2.3,根据ESPRIT算法,设E表示大小为m×K的矩阵,由Rx的K个最大特征值对应的特征向量组成,设E1表示E的前m‑1行,设E2表示E的后m‑1行, 表示E1的伪逆矩阵,则 的特征值 因此,矩阵D现为已知量,并且,根据公式(3),计算出幅值,公式如下:
其中, 为对应于D的伪逆矩阵;
步骤2.4,根据 计算出阻尼因子和频率最小可能解,计算公式分别如下:其中, 为 的幅角主值。
3.如权利要求1或2所述的一种非理想多阻尼谐波信号多通道欠采样方法,其特征在于,所述步骤三的过程描述如下:步骤3.1,通过减小模型匹配误差ε(t)的能量建立优化模型,公式如下:根据公式(1)知 则公式(10)写为下式:步骤3.2,用公式(2)所得采样值xi[n]替换公式(11)中的xi(t),则公式(11)写为下式:其中, 表示待优化的目标函数。
4.如权利要求1或2所述的一种非理想多阻尼谐波信号多通道欠采样方法,其特征在于,所述步骤四的计算过程如下:步骤4.1,辅助采样通道以相同的采样率fs对信号xP(t)进行采样,所得采样值用下式表示:+
其中,nd∈Z,Ts=1/fs,ΔTd为时间延迟;
因为三角函数具有周期性,估计的归一化频率 与 的幅角主值相差2πdk,即:移项得
其中, 为 的幅角主值,dk∈Z,由于dk存在无限多个值,造成 存在多解,这就是欠采样所导致的频率模糊问题;
步骤4.2,只要能够确定dk的值,就可以消除频率模糊问题,要确定dk的值,将公式(13)改写成下式:其中,
T T
步骤4.3,记xd=[xd[0],xd[1],…,xd[N′‑1]] ,b=[b1,b2,…,bK] ,则将公式(16)改为如下矩阵形式:xd=VAb (17)
其中,
步骤4.4,如果N′≥K,则公式(17)具有唯一解则dk的值为
最后,求解公式(15)即可确定频率。