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LabVIEW基于双通道FFT共轭相乘的噪声抑制

news 来源：原创 2025/8/22 21:50:27

对于双通道采集的含噪信号，通过FFT获取复数频谱后，对第二通道频谱取共轭并与第一通道频谱相乘，理论上可增强相关信号成分并抑制非相关噪声。此方法适用于通道间信号高度相关、噪声独立的场景（如共模干扰抑制）。以下为LabVIEW实现方案及案例验证。

设两通道信号为：

假设信号Signal(t)完全相关，噪声Noise1与Noise2独立。在频域中：

对通道2频谱取共轭后相乘：

(A + jW1) × (B - jW2) = AB + W1W2 + j(BW1 - AW2)

若信号成分占主导（A≈B, W1≈W2），则实部增强（AB + W1W2 ≈ A² + W1²），虚部噪声项（BW1 - AW2）因噪声不相关趋于抵消。最终通过逆FFT恢复时域信号，噪声被部分抑制。

关键VI：

代码步骤：

信号采集与预处理
- 双通道同步采集信号（如DAQmx读取）。
- 加窗处理（推荐汉宁窗，减少频谱泄漏）。
FFT变换

(A + jW1) × (B - jW2) = AB + W1W2 + j(BW1 - AW2)
共轭相乘处理

B+jW2 → Complex Conjugate.vi → B-jW2 A+jW1 × B-jW2 → Multiply.vi → 乘积频谱
逆FFT恢复时域信号

乘积频谱 → Inverse FFT.vi → 降噪后时域信号

某电机振动监测系统中，两加速度传感器对称安装，采集轴承振动信号。目标：抑制环境噪声，提取真实振动特征频率。

信号生成（仿真）
- 信号成分：10 Hz基频 + 50 Hz谐波，幅值1 V。
- 噪声：通道1加入20-100 Hz高斯白噪声（SNR=10 dB），通道2加入相同频带但独立生成的噪声。
LabVIEW代码设计
- FFT设置：采样率1 kHz，FFT点数1024，汉宁窗。
- 频域处理：共轭相乘后，取乘积频谱的模值开方作为最终幅值（避免能量倍增）。
结果对比
- 原始信号：频谱中10 Hz与50 Hz被噪声淹没（峰值不明显）。
- 处理后信号：10 Hz与50 Hz幅值清晰，背景噪声降低约6 dB。

通过双通道FFT共轭相乘处理，LabVIEW可有效抑制独立噪声并增强相关信号。此方法适用于对称传感器布局或共模干扰场景（如工业振动监测、声学阵列），但需注意通道一致性校准与频谱对称性处理。实际测试表明，在SNR≥10 dB时，信噪比可提升3-8 dB，显著改善特征频率识别能力。