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有限字长对滑动窗DFT稳定性的影响研究

2016-06-30刘华吾胡海兵

电工技术学报 2016年11期
关键词:信号实验

刘华吾 胡海兵 邢 岩

(南京航空航天大学自动化学院 江苏省新能源发电与电能变换重点实验室 南京 210016)

有限字长对滑动窗DFT稳定性的影响研究

刘华吾胡海兵邢岩

(南京航空航天大学自动化学院 江苏省新能源发电与电能变换重点实验室南京210016)

摘要滑动窗离散傅里叶变换(DFT)具体数字实现过程中,有限字长效应引入的误差会被累积和放大,易造成系统发散和不稳定。针对该问题和现象,应用随机信号的统计特性,详细分析了信号量化噪声、旋转因子量化误差及数学运算舍入误差对滑动窗DFT稳定性的影响,并指出舍入误差所引入的直流分量是导致系统不稳定的根本原因。仿真和实验均验证了理论分析的正确性。为了解决此不稳定问题,提出两种通过交换运算次序来消除误差累积和放大的解决方案,实验和仿真结果验证了这两种方法的有效性。

关键词:有限字长效应滑动窗DFT稳定性舍入误差

0引言

离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform,DFT)是数字信号处理中的重要工具[1-4]。传统的傅里叶变换或快速傅里叶变换(FFT)运算量大,很难满足实时性要求较高的应用场合[5,6]。近年来提出的迭代形式DFT即滑动窗DFT[7,8],由于其运算量小及实时性好等优点,得到了广泛关注,被应用于实时频谱分析、继电保护和电力系统谐波提取等领域[9-14]。

实际数字系统中,有限字长效应引入的信号抽样误差、滤波器系数量化误差、计算舍入误差等会给系统的精度和稳定性带来不良影响。……

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