目前在超声波流量计中进行时间差测量的方法多为阈值法和相关法,阈值法误差较大,相关法相对比较精确,但是相关法在进行时延估计时,首先需要假设信号与噪声不相关,噪声与噪声不相关。但是在实际环境中,存在各种各样的相关噪声,这种情况下,严重影响测量精度,因此,一般需要对噪声进行处理,或者寻找新的方法进行时延估计。
同时,相关法在利用互相关峰,判断时延值时,时延时间需要为采样时间的整数倍,并且其计算精度与fs相关,fs越高,时延时间越精确。
使用PSO进行时延估计时基本不受这两方面的影响。为了验证这一结论,假设两个正弦信号x(t),y(t)作为输入,分别从有色噪声和不同采样率两种情况下,对相关法和优化后的LMS时延法进行对比。
1．有色噪声下性能对比在测试之前,自定义一个高斯白噪声ξ(k),E(ξ)为0,δ2(ξ)为1,将其加在信号x(t)上面,有色噪声如下所示:
加在y(t)上,加入噪声后两路信号如图3所示。
分别使用相关法和粒子群优化后的LMS时延估计对在噪声影响情况下的两路信号的时延值进行估计,单次测量结果如图4、图5所示。
假设两路信号时间上延迟5×10-8,相关法进行估计时,采样数N为2500,采样频率fs为500×106Hz,则时延值为4×10-9,使用PSO进行时延估计时,时延值为5.083×10－8。使用不同的时延值,利用PSO进行验证,结果如表1所示。很明显,当给信号加入相关噪声时,粒子群优化时延估计值基本不受相关噪声的影响。
2.低采样率情况下性能对比
假设两路信号在时间上延迟0.31,采样频率为399Hz,单次测量如图6、图7所示。
使用相关法进行估计时时延值为0.01,而PSO优化后时延值为0.3077。为了验证该理论的正确性,超声波流量计分别采取不同的采样率进行验证,结果如表2所示。很明显,当采样值不是时延值的整数倍时,改进的自适应时延法时延估计不受采样值影响。
|
