目前在超聲波流量計(jì)中進(jìn)行時(shí)間差測(cè)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(duì)比較精確,但是相關(guān)法在進(jìn)行時(shí)延估計(jì)時(shí),首先需要假設(shè)信號(hào)與噪聲不相關(guān),噪聲與噪聲不相關(guān)。但是在實(shí)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(cè)量精度,因此,一般需要對(duì)噪聲進(jìn)行處理,或者尋找新的方法進(jìn)行時(shí)延估計(jì)。
同時(shí),相關(guān)法在利用互相關(guān)峰,判斷時(shí)延值時(shí),時(shí)延時(shí)間需要為采樣時(shí)間的整數(shù)倍,并且其計(jì)算精度與fs相關(guān),fs越高,時(shí)延時(shí)間越精確。
使用PSO進(jìn)行時(shí)延估計(jì)時(shí)基本不受這兩方面的影響。為了驗(yàn)證這一結(jié)論,假設(shè)兩個(gè)正弦信號(hào)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(duì)相關(guān)法和優(yōu)化后的LMS時(shí)延法進(jìn)行對(duì)比。
1．有色噪聲下性能對(duì)比在測(cè)試之前,自定義一個(gè)高斯白噪聲ξ(k),E(ξ)為0,δ2(ξ)為1,將其加在信號(hào)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(hào)如圖3所示。
分別使用相關(guān)法和粒子群優(yōu)化后的LMS時(shí)延估計(jì)對(duì)在噪聲影響情況下的兩路信號(hào)的時(shí)延值進(jìn)行估計(jì),單次測(cè)量結(jié)果如圖4、圖5所示。
假設(shè)兩路信號(hào)時(shí)間上延遲5×10-8,相關(guān)法進(jìn)行估計(jì)時(shí),采樣數(shù)N為2500,采樣頻率fs為500×106Hz,則時(shí)延值為4×10-9,使用PSO進(jìn)行時(shí)延估計(jì)時(shí),時(shí)延值為5.083×10－8。使用不同的時(shí)延值,利用PSO進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果如表1所示。很明顯,當(dāng)給信號(hào)加入相關(guān)噪聲時(shí),粒子群優(yōu)化時(shí)延估計(jì)值基本不受相關(guān)噪聲的影響。
2.低采樣率情況下性能對(duì)比
假設(shè)兩路信號(hào)在時(shí)間上延遲0.31,采樣頻率為399Hz,單次測(cè)量如圖6、圖7所示。
使用相關(guān)法進(jìn)行估計(jì)時(shí)時(shí)延值為0.01,而PSO優(yōu)化后時(shí)延值為0.3077。為了驗(yàn)證該理論的正確性,超聲波流量計(jì)分別采取不同的采樣率進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果如表2所示。很明顯,當(dāng)采樣值不是時(shí)延值的整數(shù)倍時(shí),改進(jìn)的自適應(yīng)時(shí)延法時(shí)延估計(jì)不受采樣值影響。
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