[發明專利]一種基于FFT和相位差的正弦信號頻率估計方法和裝置有效

申請號：	202010350653.8	申請日：	2020-04-28
公開（公告）號：	CN111562438B	公開（公告）日：	2022-04-08
發明（設計）人：	曾紀;唐玲;歐斌;曾凌;姚永國;彭科;周繼華	申請（專利權）人：	重慶金美通信有限責任公司
主分類號：	G01R23/02	分類號：	G01R23/02
代理公司：	北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465	代理人：	符繼超
地址：	400000 ***	國省代碼：	重慶;50
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種基于 fft 相位差正弦信號頻率估計方法裝置
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【說明書】：

本發明公開了一種基于FFT和相位差的正弦信號頻率估計方法和裝置，設計了頻域和時域聯合估計的方法，通過FFT算法估計出信號的粗估計頻率，根據粗估計頻率，將信號頻譜下變頻到零頻，進而可以采用統一的抽取低通濾波器濾除噪聲，再提取相位信息，利用前后采樣點的相位差信息得到精估計頻率，粗估計頻率和精估計頻率相加獲得輸入數字正弦信號的估計頻率，結合射頻下變頻因子，可得到射頻正弦信號的頻率。該方法在運算資源和運算時間受限的情況下，估計精度和范圍相對傳統方法有明顯提升，實現簡單、效果好。該方法既克服了FFT算法估計精度不夠的問題，又克服了基于時域相位進行估計范圍小、受噪聲影響大的問題。

技術領域

本發明涉及正弦信號頻率估計技術領域，更具體的說是涉及一種基于FFT和相位差的正弦信號頻率估計方法和裝置。

背景技術

對正弦信號進行頻率估計是信號處理的一個經典課題，在雷達、聲納、通信、電子對抗等領域有廣泛應用，因此，研究頻率估計具有重要的理論意義和應用價值。多年來學者們研究了許多頻率估計算法，其焦點集中在兩個方面:估計的精度和算法復雜度。

采用FFT的離散傅立葉變換的直接譜估計法，由于物理意義明確，計算速度快、實時性高、利于硬件實現，具有較高的信噪比增益和對算法參數不敏感等優點，是一個綜合性能較佳的方法，得到了廣泛的應用。但是FFT中存在能量泄漏和柵欄效應，即使在無噪聲影響情況下，這種方法的頻率估計也無法滿足精度要求，并且算法精度在很大程度上依賴于采樣數據長度。針對這個問題，諸多學者在FFT基礎上相繼提出了多種插值算法，提高了頻率估計精度，但在低信噪比條件下其精度仍難以保證。

因此，如何提供一種精度更高的正弦信號頻率估計方法是本領域技術人員亟需解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種基于FFT和相位差的正弦信號頻率估計方法和裝置，采用頻域與時域相結合的方法實現對正弦信號頻率估計效果的提升，原理簡單、精度高、運算速度快，易于工程實現。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于FFT和相位差的正弦信號頻率估計方法，包括：

步驟1：被檢測信號S0通過前端濾波后進行CIC抽取濾波，去除帶外噪聲并降低采樣率，抽取因子為R1，得到抽取后信號S1；

步驟2：對抽取后的信號S1進行FFT變換，得到信號S1的頻域粗估計頻率f_c1；

步驟3：根據頻域粗估計頻率f_c1進行數字變頻，將信號S1頻譜搬移到零頻處，得到信號S2；

步驟4：對信號S2進行CIC抽取濾波，抽取因子為R2，之后進行低通濾波去噪，得到信號S3；

步驟5：計算信號S3各個采樣點的相位，以及計算相鄰采樣點的相位差并根據估計出時域精估計頻率f_c2；

其中，f_c2為經過低通濾波器后信號的頻率，即時域精估計頻率，f_s為輸入的被檢測信號S0的采樣頻率，為信號S3相鄰兩個采樣點之間的相位差；

步驟6：基于頻域粗估計頻率f_c1和時域精估計頻率f_c2得到估計出的正弦信號頻率f_sig＝f_c1+f_c2。