數(shù)據(jù)采集器是地震觀測數(shù)字化中的關鍵設備,數(shù)據(jù)采集器的技術性能對于獲得高質量的觀測數(shù)據(jù)具有重要影響。幅頻特性特性已經在實際測試中常見,而相頻特性的測試比較困難,但它對于了解數(shù)據(jù)質量的影響是非常重要的。相頻特性測試的困難主要在于數(shù)字信號經過存儲、處理和格式編排之后才輸出,這些過程所帶來的附加延時是不確定的,使得傳統(tǒng)的輸入—輸出法無法使用。因此我們從信號的頻譜出發(fā),FFT分析法就可以精確的獲取輸出信號序列的初始相位,通過輸入前后的相對相位關系還原理論相頻特性。首先,我們了解數(shù)據(jù)采集器的內部結構以及數(shù)據(jù)采集器的信號處理流程。數(shù)據(jù)采集器的系統(tǒng)特性主要與內部的數(shù)字FIR濾波器有關,其中包括最小相位FIR濾波器和線性相位FIR濾波器。了解了兩種濾波器的相頻特性,以及授時對數(shù)字濾波器相位特性的影響后,對后續(xù)提出群時延扣除的方法提供了依據(jù),同樣對數(shù)據(jù)處理時獲得的相對相位關系的認知加深,如兩頻點之間存在整數(shù)個2π的跳動具有識別和糾正的作用,依據(jù)理論相位特性的單調性,將相對相位特性的跳變點糾正。其次,在數(shù)字信號處理過程中普遍存在著截斷效應,引起頻譜泄漏,導致數(shù)據(jù)的變化,引起誤差。因此使用了全相位FFT法和周... 

【文章來源】：中國地震局地震預測研究所北京市

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

數(shù)據(jù)采集器DAS-24GN

第一章引言9圖1.4是數(shù)據(jù)采集器RT130HR在40sps采樣時的通道間的相對相位特性，它表示通道間的相位差，相位差反映了通道之間的相對時間偏差，即各道同步采樣中的同步誤差，不是真正意義上的相頻測試。圖1.4RT130HR在40sps采樣時的通道間的相對相位特性頻帶帶寬圖是功率譜反映的幅頻特性，與相頻無關。而相對傳遞函數(shù)測試結果為數(shù)據(jù)采集器相頻特性開辟了道路，將相位與時延聯(lián)系到一起。在數(shù)據(jù)采集器內部的緩存等問題導致的傳統(tǒng)方法不可測量相頻特性的情況下，為我們測試數(shù)據(jù)采集器相頻特性開辟了道路。我國也開展了多次地震儀的測試，包括地震數(shù)據(jù)采集器。關于地震數(shù)據(jù)采集器測試要求的技術文檔主要有地震行業(yè)標準DB/T22，該標準規(guī)定了地震計和數(shù)據(jù)采集器的技術要求和測試方法。其中有關數(shù)據(jù)采集器頻率特性的測試主要涉及幅頻特性[2]，相頻特性的測試仍然具有改進的空間和需要[3~5]。相頻特性的測試，傳統(tǒng)的方法是輸入-輸出比較法，也叫過零檢測法[3]，它時使用硬件測試相頻特性較為常用的方法，是通過硬件對實現(xiàn)的數(shù)字化測量，通過測量正弦信號進出系統(tǒng)的時延差確定系統(tǒng)的頻率響應特性，但是此類方法只適合在沒有緩存的系統(tǒng)測試中使用，受諧波和噪聲干擾一些其他因素的影響，測量結果偏差較大，使得這類方法局限性很大，在普通儀器件的測量中較為常見，而在高精密儀器的測試中不會被采用。后來在相頻測試的領域有采用數(shù)字相關函數(shù)法，這種方法是利用兩個相同頻率的正弦信號在其時延為0的的情況下，互相關

基于正弦波的數(shù)據(jù)采集器相位特性測試技術研究12號的初始相位。2.2截斷效應對FFT處理余弦序列的影響2.2.1截斷效應對單一頻率信號的影響在數(shù)字信號處理中，需要處理的信號序列非常長，但是我們只能將有限長的序列給系統(tǒng)，也就是說需要對原始信號序列進行一次截斷。顯然，從一個無限長的序列變成一個有限長的序列，信號的信息和屬性必然發(fā)生變化。比如我們將高斯白噪聲進行截斷，其統(tǒng)計特性，如均值方差等必然發(fā)生變化。再比如，截取低頻正弦波序列的時候，在截取后的序列兩旁出現(xiàn)幅值較大的變化，那么在頻率里就表現(xiàn)為高頻分量的產生，產生了旁瓣，導致了頻譜泄漏。通過以上的分析，我們知道FFT可以給出余弦數(shù)字序列的初始相位，但是截斷效應引起的頻譜泄漏會導致信號原有信息的改變，導致幅頻特性和相頻特性發(fā)生變化，因此可能會對我們需要測量的相位有影響，我們設計一個序列信號，分別在有無截斷時做FFT，通過幅度譜觀察頻譜泄漏問題，相位譜能否正確讀出信號的相位。使用頻率為5Hz，采樣頻率為100sps，初始相位為1的余弦序列。分別采樣點個數(shù)N=1000和N=1024時，分別做FFT得到其頻率響應特性，見圖2.1。圖2.1采樣個數(shù)N=1000和N=1024時的幅頻特性（幅度單位為dB）由于序列長度N=1000時，為整數(shù)個周期長度，避免了截斷效應帶來的頻譜泄漏，精確獲取了信號的初始相位1。而序列長度N=1024有截斷效應，導致頻譜泄漏，引起幅頻特性和相頻特性的改變，幅頻特性，見圖5。相頻特性中無法

【參考文獻】：
期刊論文
[1]一種全相位FFT法的高精度相位測量儀設計[J]. 徐巧玉,劉錦霞,王軍委,朱佩,黃夢彬.  河南科技大學學報(自然科學版). 2019(05)
[2]地震數(shù)據(jù)采集器非線性指標測試方法及其影響分析[J]. 李彩華,滕云田,李小軍,湯一翔,王喆,胡星星,張旸.  地震學報. 2019(01)
[3]一種高分辨率數(shù)字相位計的設計與實現(xiàn)[J]. 吳丹丹,金濤.  電子測量技術. 2018(14)
[4]二維DFT域全相位數(shù)字濾波器設計與實現(xiàn)[J]. 蘇飛,曹繼華,段宇翔.  電子學報. 2015(11)
[5]FFT和DFT在地震數(shù)據(jù)采集器幅頻特性測試中的應用[J]. 李彩華,滕云田,張旸,胡星星.  地震學報. 2014(05)
[6]基于CompactRIO的多通道強震動數(shù)據(jù)采集器FPGA的實現(xiàn)[J]. 吳華燈,葉春明.  華南地震. 2014(03)
[7]地震數(shù)據(jù)采集器關鍵技術研究[J]. 李江,薛兵,朱小毅,陳陽,彭朝勇,杜松,劉明輝,周銀興,李建飛,林湛.  地震地磁觀測與研究. 2013 (Z2)
[8]全相位FFT算法在諧波測量中的應用[J]. 付賢東,康喜明,盧永杰,尹星.  電測與儀表. 2012(02)
[9]基于全相位頻譜插值的欠采樣頻率估計[J]. 常虹,石海城,趙國慶,牛新亮.  宇航學報. 2010(12)
[10]地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相位特性與測試方法[J]. 劉益成,易碧金,鞏慶鋼,張顯桂.  石油物探. 2009(02)

博士論文
[1]全相位數(shù)字信號處理[D]. 黃翔東.天津大學 2007



本文編號：3589270