[发明专利]自适应陷波器偏差补偿的无偏频率估计方法

说明书

本发明涉及信号处理领域，特别是一种针对单频余弦信号，利用自适应陷波器设计偏差补偿项的无偏频率估计方法。本发明的适用对象为单频余弦信号。本发明包括以下步骤：首先，获得单频余弦信号的采样序列，并利用其通过自适应陷波器后的信号构造偏差补偿项；然后，分别利用偏差补偿项构造两个信号序列；最后，利用构造的两个信号序列求出包含信号频率信息的参数值，利用该参数值重复以上计算步骤，直到算法收敛后得到单频余弦信号的频率估计值。本发明涉及的频率估计方法结构简单，收敛性能好，具备更好的抗噪性能，能获得无偏的频率估计结果。

技术领域

本发明涉及信号处理领域，特别是一种针对单频余弦信号，利用自适应陷波器设计偏差补偿项的无偏频率估计方法。

背景技术

余弦信号的频率估计方法在卫星导航定位，工业控制、仪器仪表及医学工程有着较为广泛的应用。例如，在石油与天然气领域中应用广泛的科里奥利质量流量计，其所测量流体的质量流量测量就依赖于余弦信号的频率估计精度；又如，在卫星导航定位中载波频率的测量，就是对余弦信号进行频率估计。因此，实现对余弦信号频率值的高精度测量显得尤其重要。现有的频率估计方法，主要有以下两类方法：

(1)基于FFT和DFT离散频谱校正的频率估计方法(参考文献[1]：牟泽龙，涂亚庆，陈鹏，等.基于DSP的小流量科氏流量计二次仪表设计与实现[J].传感器与微系统，2018，37(8)：109-111，119..参考文献[2]：王增科，赵加祥，徐微，孙桂玲.一种低信噪比条件下的瞬时频率估计算法[J].东南大学学报(自然科学版)，2020，50(04)：684-688.)：

此类频率估计方法精度与采样频率、数据点数和信号噪声有关。恰当的采样频率可实现整周期采样，降低估计误差，但往往较难做到；采样的数据点数越多则精度越高，但造成计算量偏大，实时性不高，实际应用受限的问题；噪声会大幅影响该方法的频率估计精度，导致该方法出现较大的偏差。

(2)基于自适应陷波器梯度下降算法的频率估计方法(参考文献[3]：李明，涂亚庆，沈廷鳌，杨辉跃.自适应陷波滤波器频率估计新方法及性能分析[J].电子学报，2014，42(01)：49-57.参考文献[4]：龚文全，罗炳章.基于自适应陷波滤波器的伺服系统谐振频率估计及抑制[J].电机与控制应用，2019，46(11)：37-42+93.)：

此类频率估计方法主要利用自适应陷波器设计误差函数，利用误差函数的梯度值设计频率迭代估计方法，这类方法受误差函数的梯度值影响较大，容易出现收敛速度慢的缺点，同时由于受误差函数形状的影响，其频率估计值容易陷入局部极值点，导致算法不收敛，出现较大的频率估计偏差，且受噪声的影响也较为明显。

发明内容

本发明的目的是提出一种结构简单、抗噪性强、适用性好的频率估计方法，降低噪声对频率估计精度的影响，适用于单余弦信号的频率测量，解决现有频率估计方法收敛速度慢、精度不高、抗噪性不强的问题，拓展其应用范围。

本发明提出自适应陷波器偏差补偿的无偏频率估计方法：

本发明包括以下步骤：

以单频余弦信号为例进行说明。

1)对频率为ω₀的单频余弦信号进行采样，得到信号x(k)，其中k＝1，2，...，N，设置参数a(1)＝0，a(2)＝0，r₁(1)＝0，r₁(2)＝0，r₀(1)＝0，r₀(2)＝0；

2)当k＝3时，将信号x(k)通过传递函数为H(z)＝1+a(k-1)z^-1+z^-2的自适应陷波器，其中a(k-1)＝-2cos[ω(k-1)]，ω(k-1)为利用前k-1个数据点估计ω₀的值，得到输出信号y(k)，利用信号x(k)和输出信号y(k)构造偏差补偿项x(k)y(k)；