[發明專利]基于變長-迭代運算的單音信號頻率估計方法

無效

• 申請號: 201110380709.5
• 申請日: 2011-11-25
• 公開（公告）號: CN102420792A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發明（設計）人: 權友波;王甲峰;岳旸;李兵;任亞博;李蕾
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院電子工程研究所
• 主分類號: H04L27/00
• 分類號: H04L27/00
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 方強

技術領域

本發明涉及單音信號頻率估計技術，特別是基于變長-迭代運算的單音信號頻率估計方法。

背景技術

通信系統中，發送端對信號調制，接收端需對接收信號解調。解調過程中需要估計載波頻率，最常用的載波頻率估計是傅里葉變換法。將待估計單音信號做傅里葉變換，傅里葉變換定義如下：

余弦信號的傅里葉變換為：

在正頻率部分，只在處存在峰值。找出，即完成載波頻率估計。

通過硬件實現時，都是采樣的離散信號，使用快速算法FFT。對于采樣率為，點數為N的離散信號，用FFT的計算分辨率為/N，這種傳統的FFT估計頻率方法是對待估計單音信號做點傅里葉變換，求其幅值最大值序號，頻率估計值為，若要提高其計算分辨率，需要對補零，因此增加了計算時間。而且在對于精度要求較高的場合，該方法得到的計算分辨率難以滿足其精度要求，因此只能通過補零增加計算分辨率，但這樣又會增大運算時間，所以一直都沒有運算時間段，精度又高的解決方法。

發明內容

本發明旨在提供一種基于變長-迭代運算的單音信號頻率估計方法，該方法精度高、運算速度快、易于工程實現，主要通過不斷改變信號長度，利用迭代運算，逐步逼近頻率真實值，尋找最優頻率估計值。

離散單音信號幅度譜有兩個特點：

1、幅度譜最高點對應頻率值就是頻率估計值。由上圖可見和真實頻率存在誤差。頻率值左邊頻點幅度譜遞增，右邊頻點幅度譜遞減；

2、真實頻率位于，對應序號位于之間，其中：

利用上述兩個特點及FFT的定義設計一種新的頻率估計方法。

本發明的技術方案如下：

基于變長-迭代運算的單音信號頻率估計方法，對于待估計單音信號的正弦信號，其中是真實頻率，數據長度為，采樣率為，計算分辨率為，其特征在于：

首先對所述的待估計單音信號的正弦信號做點傅里葉變換，?，得到幅度譜最大值，對應的序號，估計頻率為；其中，為幅度譜最大值對應序號，也為頻率估計值對應的序號，真實頻率；

這時，真實頻率對應的序號位于之間或者位于之間，其中是幅度譜中最左端頻率對應的序號，是幅度譜中最左端頻率對應的序號；當位于之間時，迭代步進為；

由處幅度譜，可以得到估計頻率的左邊某一處頻率，處的幅度譜為：，估計頻率的右邊某一處頻率，處的幅度譜為：；

那么頻率與序號之間滿足下列關系：

根據位于之間，真實頻率位于之間，得到之間的關系有兩種可能：

1.????????真實頻率滿足，此時單調；

2.????????真實頻率滿足，此時三者之間的關系有下面兩種可能；

a)????????中，值最大

b)????????單調

為了簡化算法，若b)出現，則歸為條件1，即的情況。這樣處理會引入誤差，但由于取值小，引入誤差較小。

當關系滿足情況1時，將。再次求取，判斷三者幅度譜大小，繼續迭代運算。直到某次迭代后關系滿足。當滿足上述關系時，長度記為。

頻率估計值為：

????????????????????????????????????????????????

當位于之間，采用同樣的方式進行判斷得到頻率估計值；

當進行迭代運算時，長度變化，分辨率隨之變化，故此方法稱為變長-迭代運算法。

本發明的有益效果如下：

本發明具有原理簡單、精度高、運算速度快的特點，易于工程實現，主要通過不斷改變長度，利用迭代運算，逐步逼近頻率真實值，尋找最優的頻率估計值，廣泛適用于接收端載波估計及信號分析等眾多領域；并且估計精度可以通過改變迭代步進調整，方便靈活，適合于硬件平臺處理。

附圖說明

圖1為本發明的單音信號幅度譜的示意圖

圖2為本發明的真實頻率滿足時，中，值最大的示意圖

圖3為本發明的真實頻率滿足時，中，單調的示意圖

圖4為本發明原始信號長度為，循環步進的流程圖

圖5為本發明用于估計的單音信號的運算10000次的結果示意圖。

具體實施方式

如圖4所示，基于變長-迭代運算的單音信號頻率估計方法，對于待估計單音信號的正弦信號，其中是真實頻率，數據長度為，采樣率為，計算分辨率為，其估計步驟如下：