互相关函数定义


令f1(t), f2(t) 为能量信号,一般情况可以是时间的复函数,称:





为f1(t)和f2(t) 的互相关函数。


应用:

①在噪声背景下提取有用信息

求互相关函数 python 互相关函数的应用实例_函数式

上图为信号的传递系统,其中n(t)为噪声。

求互相关函数 python 互相关函数的应用实例_求互相关函数 python_02

但只有系统对输入的响应是有用的。

通过一个互相关器,输出就相当于 x(t) 与 Yx(t) , Yn1(t) , Yn2(t) , n3(t)分别求互相关函数再叠加

          

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总结为一句话就是“同频相关,不同频不相关”。

做到这一步时已经由互相关器得出了Rxyx(τ)分离出了噪声,下一步就是从分离信号中提取有用信息。

要分离有用信息先要知道两信号互相关函数的具体形式,下面以两正弦信号为例。

“已知两个信号

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,这两个信号的互相关函数是   

 

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”(求解过程省略)

再回到提取有用信号这个目标中,已知

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由  

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解得 y(t) 即有用信息。


②求匀速钢板的运动速度

互相关函数也可以用来求轧钢厂生产线上钢板的运动速度,如图所示

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        钢板a点贴有反光片,当a点经过传感器1时,放大镜将光点信息传送到光电池传感器并输出x(t),同理,a点经过传感器2时,产生一个y(t),因为两传感器检测的时同一点的信号,故y(t)是x(t)的一个时移,

求互相关函数 python 互相关函数的应用实例_求互相关函数 python_12

,且钢板运动速度

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互相关函数式为 

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通过上式可知τ=τm时

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取最大值,所以分析图像即知峰值点对应的τ就是τm

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求出 τm 便可通过

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求出 V 。



③求输油管裂损的位置

原理与②类似,都是通过τm来解决问题。

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当漏油面积较大时很难从视觉上判断漏油点,这时根据漏油面积找到两个极限测量点(漏油点一定在两测量点之间),根据漏油的滴答声到两传感器之间的时间差来判断漏油的具体位置。

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,    V为常数,由管道材质决定,公式的推导过程本文省略。τm的求解方式与用途②中的τm求解方式相同,由此便可解出S。