[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

说明书

本发明公开了一种基于改进型频率插值算法的正弦信号频率估计方法，包括以下步骤：S10、获取待处理的正弦信号采样数据；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，并衡量离散傅里叶变换的频谱泄露程度；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，并衡量离散傅里叶变换的频谱泄露程度；S40、根据两次离散傅里叶变换频谱泄露程度的大小，判断是否需要对频率插值算法进行纠正以及重新估计正弦信号的频率。该方法解决了低信噪比下正弦信号频率位置对频率插值算法性能的影响，适合工程上对正弦信号频率进行快速稳健地估计。

技术领域

本发明属于信号处理领域，具体涉及一种基于改进型频率插值算法的正弦信号频率估计方法。

背景技术

目前针对正弦信号的频率估计问题，可以分成两类即：基于时域的方法与基于频域的方法。基于时域的频率估计方法主要有自相关法、线性预测法等等。这些时域方法首先需要估计信号的协方差矩阵，然后利用协方差矩阵的特征值分解结果得到估计的频率。虽然这些基于时域的频率估计方法易于实现，但它们对噪声很敏感。此外，这些方法中包含的特征值分解操作非常耗时，不利于工程应用。基于频域的频率估计方法主要是基于频率插值的方法，这些方法计算效率高，具有良好的抗噪声和抗干扰性能，因而在实际工程中得到了广泛的应用。在基于频域的频率估计方法中，Rife等人提出了一种利用最大离散傅里叶变换系数及其相邻系数的幅值进行频率估计的傅里叶插值算法。随后，Quinn提出了一个类似的算法，但这个算法只是利用离散傅里叶变换系数的实部。虽然这些频域傅里叶插值算法是很好的频率估计方法，但它们都有一个共同的缺点，即正弦信号的频率位置对这些频率插值算法的估计性能影响较大，尤其在低信噪比环境中。因此研究如何减少低信噪比环境下正弦信号的频率位置对频率插值算法性能的影响，具有重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于改进型频率插值算法的正弦信号频率估计方法，该方法解决了低信噪比条件下，正弦信号的频率位置对频率插值算法估计性能的影响，且运算速度快，估计精度高，鲁棒性强。

实现本发明的技术解决方案为：一种基于改进型频率插值算法的正弦信号频率估计方法，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。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：本发明解决了低信噪比条件下，正弦信号的频率位置对频率插值算法估计性能的影响，且运算速度快，鲁棒性强，同时不需要存储中间数据，适合工程上对正弦信号频率进行快速稳健估计。

附图说明

图1为本发明基于改进型频率插值算法的正弦信号频率估计方法的流程图。

图2为信噪比等于0dB时，频率插值算法改进前后正弦信号频率偏移对估计性能的影响图，其中mRife和mQuinn表示改进后的Rife和Quinn算法，CRLB表示克拉美罗界。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。