技術概要

動的信号の周波数と振幅のリアルタイム計算精度が低いという問題を解決するために、東から提案されたYLS高精度周波振幅計算方（かた）法、この技術は動的信号の正確な周波数と振幅測定のための技術であり、一般的な動的信号分析器の受FFT精度制限の難題、ソフトウェアアルゴリズムの精度は10進数15に達することができる~16ビット精度、ハードウェアとソフトウェアを結合した実際の測定システムの周波数精度は10進数8ビット精度に達することができる，この方法従来のアルゴリズムの精度が上がるた6~7桁です。

周波数試験の精度に影響を与える要因は主に2つの側面にある：ハードウェアクロックソースとソフトウェアアルゴリズム。本文はソフトウェアアルゴリズムが周波数精度に与える影響についてのみ議論する。

一、業界の痛点：伝統的な周波数計算に存在する問題

一般的な仮想機器、ADCを経た後の時間領域波形、通常使用FFT方法：周波数、振幅などの結果を得るためにスペクトル分析を行う。信号サンプリング周波数がSF、FFT計算点数がNであれば、周波数分解能はdf=SF/Nであり、その周波数誤差範囲は±0.5 dfであり、実際の信号周波数が周波数分解能の整数倍でなければ、スペクトルリークが発生し、その振幅誤差範囲は0~36.3%。

マグニチュード精度を向上させるためには、窓付けや平滑化の方法がよく使用されますが、これらの方法はマグニチュード精度をある程度向上させることができるだけでなく、周波数精度を犠牲にすることができます。

周波数精度を向上させるために、分析点数Nを増やすか、またはズーム FFTなどの細分化方法、これらの方法はいずれもより多くの分析点数を必要とし、現実的な時の演算が困難であり、振幅精度の向上を保証することはできない。そのため、仮想機器をリアルタイムで高精度の周波数と振幅を得ることは、国際的な難題である。

具体的な精度指標を見ると、一般的な仮想機器の周波数、振幅精度も10進数3位から5位に達し、6ビットの精度しか達成できず、計算分析は非常に複雑で時間がかかります。

二、解決方案：提出したYLS高精度周波振幅計算アルゴリズム

YLS高精度周波振幅計算アルゴリズム東から提案された高精度周波数計と振幅計方法は、時間領域計算と周波数領域計算を結合する特殊な方法であり、FFT計算結果に基づいて再度最適化と反復計算を行い、スペクトル中のいくつかのスペクトルピーク点の周波数、振幅値と初期位相を正確に計算することができる、アルゴリズムの流れを図のように1に示す。

図1の動的信号基本パラメータの玉郎傘多糖せいみつアルゴリズムフローチャート

ハードウェア収集誤差を考慮せずに、1024点のデータを用いて高速リアルタイム計算を行うだけで、10進数12-14ビット精度，海外の機器ではの通常の方法では、6~7ビット10進数デジタル精度，この方法により精度が向上することがわかります6~7桁です。図2東方所の仮想信号発生器を用いて発生した正弦波信号のために、YLSアルゴリズムの精度を検証するために、信号周波数を1に設定する23.456789012345 Hz,マグニチュードを1に設定23.456789012345 mV，図3は東方を用いたYLS高精度周波振幅アルゴリズムによってリアルタイムに識別される周波数と振幅は、図2と図3と比較すると、YLS高精度周波振幅アルゴリズムの周波数と振幅精度は1に達することができる2ビット。

図2 アナログ信号源が信号を生成する周波数と振幅

図3 YLS高精度周波数振幅計算ソフトウェアが表示する周波数と振幅

YLSアルゴリズムの精度はハードウェアシステムの測定精度よりはるかに高いため、事前に標準信号源とYLSアルゴリズムを通じて、ハードウェアシステムの固有周波数誤差と振幅誤差を正確に測定し、それからリアルタイム測定の過程で周波数と振幅結果をオンライン補正することができる。その実現フローを図のように示す4図示するように、この方法は、外部クロック基準を使用せずに周波数測定精度を10-5または10-6のレベルを10に上げる-8、2アップ-3個数スケール。

図4 YLSアルゴリズムに基づくハードウェア周波数振幅較正プロセス

三、実測効果

3.1専門家によるレビュー結果

2012年11月25日、中航工業より304研究所、中国計量科学研究院、北京計量測定科学研究院の6人の専門家からなる試験グループが行った試験報告書によると（以下は試験報告書の抜粋）：

1.玉郎傘多糖法高精度周波数測定技術：

ソフトウェアアルゴリズムの誤差範囲は1×10-12~1×10-14、標準値は4×10-14;ハードウェアシステムの測定誤差範囲は1×10-8,標準値は6×10-10、一般的なFFT方法測定誤差範囲は1×10-4 ~ 4×10-3。

2.玉郎傘多糖法高精度マグニチュード測定技術：

ソフトウェアアルゴリズムの誤差範囲は1×10-12~1×10-14、標準値は5×10-14;ハードウェアシステムの測定誤差範囲は1×10-3,標準値は7×10-4を選択します。FFT方法測定誤差範囲は 8×10-2 ~ 3×10-1。

3.周波数振幅較正技術は海外のある採集器に用いられる：

周波数誤差は6×10-7 ~2×10-5まで上げる9×10-8内、最大アップ1105倍振幅誤差は3×10-3まで上げる2×10-4内、最大アップ73倍になる。

4.周波数振幅較正技術の国内使用INV の収集器：

周波数誤差は3×10-7~4×10-6まで上げる4×10-8内、最大アップ99倍振幅誤差は5×10-3 まで上げる7×10-4内、最大アップ368倍になる。

3.2 周波数とマグニチュードソフトウェアアルゴリズムの精度比較

ある外国を使う計器は東方の精密アルゴリズムと比較し、その結果は図の通りである5和図6図示して、2枚の図の中の横座標は信号のサンプリング周波数で、縦座標は測定精度で、2つの図は異なるサンプリング周波数を使ってある固定振幅と周波数の信号を分析する精度対比を表して、分析点数はすべて1です024点を指定します。図5と図6から分かるように、東方が提案した高精度周波数と振幅アルゴリズムの精度はサンプリング周波数に従って非常に小さく変化し、比較メーカーの周波数と振幅精度はサンプリング周波数の向上に従って急速に低下し、サンプリング点数が変わらないため、サンプリング周波数が向上した後に信号周期が少なくなり、従来のFFTに基づくアルゴリズムの精度が低下し、東方の高精度アルゴリズムの影響は非常に小さい。

図5 東方のアルゴリズムと海外メーカーの周波数アルゴリズムの精度比較

図6 東方のアルゴリズムと海外メーカーの振幅アルゴリズムの精度比較

3.3 ハードウェア・ソフトウェア・システムの測定精度の比較

高精度周波振幅技術を応用した東洋所システムと国際の3つの機器を比較テストした結果、図7図示するように、図7の横軸は信号周波数であり、縦軸は測定精度である。図7は、固定サンプリング周波数と分析点数の異なる周波数の信号を用いて周波数と振幅分析を行うことを意味する。信号周波数の変化に伴い、東方の高精度アルゴリズムの分析精度は基本的に変わらないが、国外の他の3つのシステムの精度は信号周波数の影響が比較的に大きく、その根本的な原因はサンプリング周波数と分析点数が変わらず、信号周波数が低いほど収集された信号周期数が少なく、FFTアルゴリズムに基づく精度が低いが、東方の高精度アルゴリズムは基本的に影響を受けないことである。

図7東方のシステムと国際メーカ周波数測定精度比較図

四、応用例

港珠澳大橋は長い海を渡る大橋で、外国メディアから「現代世界の七不思議の一つ」と評価されている。それは我が国の橋梁建設能力が先進的に達したことを代表しているレベル。港珠澳大橋の全長55キロ、はい橋、デュエット島、トンネルを一体化した海を渡る通路。

港珠澳大橋工事環境とても悪質。多くの重要なエンジニアリング経験が乏しい例えば沈管トンネル技術、全長約55キロの港珠澳大橋、30キロ近くの海底に位置し、工事量巨大きい、多くの問題を解決する必要があります技術上の課題。ヨーロッパには百年の沈管トンネル技術があるが、核心技術はオランダ、ドイツなど少数の国の手に握られており、私には国テクノロジーですの、天価の技術諮問費用を出す、最終的に私たち自分で歩くしかない革新の道。

に工事の最も重要な一環——最も後の沈殿管のインストールプロセスでは、高精度センサーと東方所YLS高精度周波振幅アルゴリズムを用いて、沈殿管の水中精密試験を実現し、水中精密測定制御システムの外方はかつて10~15億人民元。沈殿管取付の設計偏差目標は10センチメートル、最終的には一端偏差を実現した0.8ミリメートル、他端偏差2.6ミリメートルの精密なインストール、沈殿管のインストール任務を円満に完成し、東方のソフトウェアは港珠大橋沈管ドッキング姿勢監視中の画面を図8に示す。

図8港珠大橋沈管ドッキング姿勢監視東方所ソフトウェア画面