目前在超聲波流量計中進(jìn)行時間差測量的方法多為閾值法和相關(guān)法,閾值法誤差較大,相關(guān)法相對比較精確,但是相關(guān)法在進(jìn)行時延估計時,首先需要假設(shè)信號與噪聲不相關(guān),噪聲與噪聲不相關(guān)。但是在實際環(huán)境中,存在各種各樣的相關(guān)噪聲,這種情況下,嚴(yán)重影響測量精度,因此,一般需要對噪聲進(jìn)行處理,或者尋找新的方法進(jìn)行時延估計。
同時,相關(guān)法在利用互相關(guān)峰,判斷時延值時,時延時間需要為采樣時間的整數(shù)倍,并且其計算精度與fs相關(guān),fs越高,時延時間越精確。
使用PSO進(jìn)行時延估計時基本不受這兩方面的影響。為了驗證這一結(jié)論,假設(shè)兩個正弦信號x(t),y(t)作為輸入,分別從有色噪聲和不同采樣率兩種情況下,對相關(guān)法和優(yōu)化后的LMS時延法進(jìn)行對比。
1．有色噪聲下性能對比在測試之前,自定義一個高斯白噪聲ξ(k),E(ξ)為0,δ2(ξ)為1,將其加在信號x(t)上面,有色噪聲如下所示:
加在y(t)上,加入噪聲后兩路信號如圖3所示。
分別使用相關(guān)法和粒子群優(yōu)化后的LMS時延估計對在噪聲影響情況下的兩路信號的時延值進(jìn)行估計,單次測量結(jié)果如圖4、圖5所示。
假設(shè)兩路信號時間上延遲5×10-8,相關(guān)法進(jìn)行估計時,采樣數(shù)N為2500,采樣頻率fs為500×106Hz,則時延值為4×10-9,使用PSO進(jìn)行時延估計時,時延值為5.083×10－8。使用不同的時延值,利用PSO進(jìn)行驗證,結(jié)果如表1所示。很明顯,當(dāng)給信號加入相關(guān)噪聲時,粒子群優(yōu)化時延估計值基本不受相關(guān)噪聲的影響。
2.低采樣率情況下性能對比
假設(shè)兩路信號在時間上延遲0.31,采樣頻率為399Hz,單次測量如圖6、圖7所示。
使用相關(guān)法進(jìn)行估計時時延值為0.01,而PSO優(yōu)化后時延值為0.3077。為了驗證該理論的正確性,超聲波流量計分別采取不同的采樣率進(jìn)行驗證,結(jié)果如表2所示。很明顯,當(dāng)采樣值不是時延值的整數(shù)倍時,改進(jìn)的自適應(yīng)時延法時延估計不受采樣值影響。
|
