阅读说明：本技术 一种飞机电源供电特性频率瞬变参数校准方法 (Aircraft power supply characteristic frequency transient parameter calibration method ) 是由 王建强 王文健 肖彬 王鹏飞 侯毅 于 2020-12-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开的一种飞机电源供电特性频率瞬变参数校准方法,属于电学测量技术领域。本发明对频率瞬变参数校准过程中由离散希尔伯特变换算法引入的不确定度评定进行评定,实现方法为：数据采集系统对输出的频率瞬变信号进行采集后基于离散希尔伯特变换算法得到瞬时频率。分析离散希尔伯特变换在频率发生瞬时变化时由于采样率不足导致的端点效应造成的误差所引入的不确定度。根据离散希尔伯特变换得到瞬时频率的原理,将瞬时频率与原信号和原信号的希尔伯特变换建立关系,基于数值仿真技术,在不同采样率下计算端点效应引入的误差,进而评价不确定度,完善飞机电源供电特性测试系统频率瞬变参数校准结果的不确定度分析,使得校准结果更加准确可靠。(The invention discloses a method for calibrating frequency transient parameters of power supply characteristics of an aircraft power supply, and belongs to the technical field of electrical measurement. The invention evaluates the uncertainty evaluation introduced by a discrete Hilbert transform algorithm in the process of calibrating the frequency transient parameters, and the realization method comprises the following steps: the data acquisition system acquires the output frequency transient signal and then obtains the instantaneous frequency based on a discrete Hilbert transform algorithm. The uncertainty introduced by the error of the discrete hilbert transform due to the end-point effect caused by insufficient sampling rate when the frequency changes instantaneously is analyzed. The method comprises the steps of establishing a relation between instantaneous frequency and Hilbert transform of an original signal according to the principle that the instantaneous frequency is obtained through discrete Hilbert transform, calculating errors introduced by an end point effect under different sampling rates based on a numerical simulation technology, evaluating uncertainty, and perfecting uncertainty analysis of a frequency transient parameter calibration result of an aircraft power supply characteristic test system, so that the calibration result is more accurate and reliable.)

一种飞机电源供电特性频率瞬变参数校准方法

技术领域

本发明涉及一种飞机电源供电特性频率瞬变参数校准方法，属于电学测量技术领域。

背景技术

目前国内外大型军、民用飞机的电源系统普遍采用恒频交流或变频交流供电系统，同时，飞机电网的电气参数测试的研究重点，也由电压、电流、畸变、调制等稳态参数，逐步转移到瞬态参数的研究中，其中就包括频率瞬变参数。根据相关标准的规定，频率瞬变参数的校准需要通过数据采集系统对整个变化过程进行采集，并通过数据分析得到瞬变时刻及瞬变频率值。

主流的瞬时频率提取方法包括短时傅里叶变换、小波变换以及希尔伯特变换等方式，由于小波变换和短时傅里叶变换算法存在时间分辨率和频率分辨率不可兼顾的情况，针对本文的情况，希尔伯特变换是更好的选择。基于Matlab中的离散希尔伯特变换算法借助FFT算法将时域信号变换值频域，在通过频域的重组获得希尔伯特变换频谱，最后通过IFFT算法将信号变换值时域，完成希尔伯特变换。该方法在原信号波形发生突变位置由于采样率不足会产生“端点效应”，造成离散希尔伯特变换结果出现偏差，引入不确定度，以往的校准方法在做不确定度分析时只考虑了数据采集系统的误差，而忽略了算法引入的不确定度。

发明内容

为了解决现有飞机电源供电特性频率瞬变参数校准方法中不确定度评定过程不完备、校准结果不可靠的问题，本发明的目的是提供一种飞机电源供电特性频率瞬变参数校准方法，通过数值仿真技术在不同采样率下计算端点效应引入的误差，对离散希尔伯特变换算法引入的不确定度进行评定，完善飞机电源供电特性测试系统频率瞬变参数校准结果的不确定度分析，使得本发明得到的校准结果更加准确可靠。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明公开的一种飞机电源供电特性频率瞬变参数校准方法，对飞机电源供电特性测试系统的频率瞬变参数校准过程中由离散希尔伯特变换算法引入的不确定度评定进行评定，实现方法为：由数据采集系统对输出的频率瞬变信号进行采集后基于离散希尔伯特变换算法得到瞬时频率。重点分析离散希尔伯特变换在频率发生瞬时变化时由于采样率不足导致的端点效应造成的误差所引入的不确定度。根据离散希尔伯特变换得到瞬时频率的原理过程，将瞬时频率与原信号和原信号的希尔伯特变换建立关系，基于数值仿真技术，在不同采样率下计算端点效应引入的误差，进而评价不确定度，完善飞机电源供电特性测试系统频率瞬变参数校准结果的不确定度分析，使得校准结果更加准确可靠。

作为优选，所述数值仿真技术优选Matlab仿真技术。

本发明公开的一种飞机电源供电特性频率瞬变参数校准方法，所述频率瞬变参数校准结果的不确定度u主要来源是在波形突变处由于采样率不足导致的“端点效应”引入的误差。

步骤一、确定瞬态频率和原始信号及其希尔伯特变换之间的关系。

首先得到瞬态频率f(n)与采集得到的原始信号s(n)和原始信号的离散希尔伯特变换之间的关系：

在模拟系统中，信号的瞬时频率由式(1)、(2)和(3)得到。

其中，为原始信号s(t)的希尔伯特变换，为解析信号的相位，f(t)为原始信号的时频特性曲线。

将式(2)带入式(3)，并进行变换得到式(4)。

由于实际数据是由数据采集系统得到的序列，处理过程中也采用离散希尔伯特变换，为此，将式(4)离散化，并用差分代替微分，得到式(5)，即实现确定瞬态频率和原始信号及其希尔伯特变换之间的关系。

其中，s(n)为原始信号的采集序列，为原始信号的离散希尔伯特变换，f(n)为原始信号的时频特性序列。

步骤二、计算由采样率不足引入的误差导致的不确定度u，即实现对离散希尔伯特变换算法引入的不确定度进行评定，完善飞机电源供电特性测试系统频率瞬变参数校准结果的不确定度分析，使得校准结果更加准确可靠。

由式(5)知，通过原信号和原信号的希尔伯特变换序列即能够计算得到瞬时频率，通过以下步骤得到不确定度u。

信号采样率为fs，计算信号s(n)的瞬时频率f(n)，记录瞬变时刻的瞬时频率值f₀；

令新的采样率为2^k·fs(k＝1,2,3,…)，计算新的瞬时频率值，直至找到f_k，与前一步更新得到的瞬时频率值相差小于预设阈值，此时再提高采样率也无法显著降低端点效应引入的误差；

令Δf＝f₀-f_k，按均匀分布计算该部分不确定度贡献量，则

得到不确定度u即实现对离散希尔伯特变换算法引入的不确定度进行评定，完善飞机电源供电特性测试系统频率瞬变参数校准结果的不确定度分析，使得校准结果更加准确可靠。

作为优选，瞬时频率值相差小于预设阈值指

有益效果：

本发明公开的一种飞机电源供电特性频率瞬变参数校准方法，通过数值仿真技术在不同采样率下计算端点效应引入的误差，且通过原信号和原信号的希尔伯特变换序列即能够计算得到瞬时频率，对离散希尔伯特变换算法引入的不确定度进行评定，完善飞机电源供电特性测试系统频率瞬变参数校准结果的不确定度分析，在飞机电源供电特性频率瞬变参数的校准过程中能够更全面的评估该校准方法各个环节引入的不确定度，使得校准结果更加准确可靠。

附图说明

图1为飞机电源供电特性测试系统频率瞬变参数校准过程流程图。

具体实施方式

下面实施例对本发明加以详细说明。

如图1所示，本实施例公开的一种飞机电源供电特性频率瞬变参数校准方法，所述频率瞬变参数校准结果的不确定度u主要来源是在波形突变处由于采样率不足导致的“端点效应”引入的误差。

步骤一、确定瞬态频率和原始信号及其希尔伯特变换之间的关系。

按照飞机电源供电特性频率瞬变信号特征，模拟原始信号s(n)，过程如下。按照所用的高精度数据采集系统的最高采集速率设定本信号的采样率fs＝10MS/s，总采样点数为N＝10M，创造两个正弦波序列s1和s2，频率分别为飞机电源系统中变频交流电源系统的频率下限和上限f₁＝360Hz和f₂＝800Hz。

定义信号s，如式(8)。

步骤二、计算由采样率不足引入的误差导致的不确定度u，即实现对离散希尔伯特变换算法引入的不确定度进行评定，完善飞机电源供电特性测试系统频率瞬变参数校准结果的不确定度分析，使得校准结果更加准确可靠。

根据式(5)计算信号s(n)的瞬时频率f(n)，记录时的瞬时频率值f₀＝800.835Hz；

令新的采样率为2^k·fs(k＝1,2,3,…)，计算新的瞬时频率值，直至找到f_k，与前一步骤得到的瞬时频率值相差小于0.0001倍；

令Δf＝f₀-f_k＝0.825Hz，按均匀分布计算该部分不确定度贡献量，则

得到不确定度u即实现对离散希尔伯特变换算法引入的不确定度进行评定，完善飞机电源供电特性测试系统频率瞬变参数校准结果的不确定度分析，使得校准结果更加准确可靠。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。