[发明专利]基于改进型频率插值算法的正弦信号频率估计方法

权利要求书

1.一种基于改进型频率插值算法的正弦信号频率估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10、获取待处理的正弦信号采样数据，转入步骤S20；

S20、对正弦信号采样数据进行离散傅里叶变换，并利用频率插值算法对正弦信号频率进行初始估计，得到初始估计的正弦信号频率，并衡量离散傅里叶变换的频谱泄露程度，转入步骤S30；

S30、利用初始估计的正弦信号频率，设置窗函数对正弦信号采样数据进行截断处理，并对截断后的数据进行离散傅里叶变换，并衡量此时离散傅里叶变换的频谱泄露程度，转入步骤S40；

S40、根据两次频谱泄露程度的大小，判断是否需要对S20中的频率插值算法进行纠正并重新估计正弦信号的频率。

2.根据权利要求1所述的一种基于改进型频率插值算法的正弦信号频率估计方法，其特征在于，所述步骤S10中获取待处理的正弦信号采样数据，具体如下：从传感器接收N个采样点的实时采集数据，或从存储器中提取从检测到信号时刻起始的N个采样点的数据，作为待处理的正弦信号数据x(n)，其中n＝0，1，…，N-1，数据采样频率记为f_s，N取2的整数次幂。

3.根据权利要求2所述的一种基于改进型频率插值算法的正弦信号频率估计方法，其特征在于，所述步骤S20，对正弦信号采样数据进行离散傅里叶变换，并利用频率插值算法对正弦信号频率进行初始估计，得到初始估计的正弦信号频率，并衡量离散傅里叶变换的频谱泄露程度，具体如下：：

S21、对正弦信号数据x(n)做离散傅里叶变换，计算过程如下：

其中k为X(k)的离散频率索引，j表示虚数单位，即

S22、搜索X(k)幅度最大值对应的线谱，并令k₀表示该线谱的频率索引，即：

其中|·|为求幅度运算，表示在1≤k≤N/2范围内搜索|X(k)|的最大值对应的离散频率索引，这里k＝1，2，…，N/2，表示只取频谱的正半频率部分，max{·}表示求最大值运算；

S23、根据频率插值算法估计正弦信号数据x(n)的频率

S24、通过计算衡量频谱泄露的参数ξ，来衡量步骤S21中的离散傅里叶变换的频谱泄露程度，ξ的计算公式如下：

4.根据权利要求3所述的一种基于改进型频率插值算法的正弦信号频率估计方法，其特征在于，步骤S23中的频率插值算法采用Rife插值算法或Quinn插值算法。

5.根据权利要求4所述的一种基于改进型频率插值算法的正弦信号频率估计方法，其特征在于，所述Rife插值算法的计算公式如下：

γ表示插值方向；当|X(k₀+1)||X(k₀-1)|时，γ＝1，否则γ＝-1。

6.根据权利要求4所述的一种基于改进型频率插值算法的正弦信号频率估计方法，其特征在于，所述Quinn插值算法的计算公式如下：

δ为频率偏移量，δ的计算公式如下：

其中，

同时ρ₁和ρ₂均为中间变量：

这里Re{·}表示求实部运算。