[發(fā)明專利]基于相位直線擬合的正弦波信號頻率估計(jì)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010892561.2
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN112162153B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉慶云;桂峰;黃啟量;楊會(huì)軍
• 申請（專利權(quán)）人: 南京億杰明信息技術(shù)有限公司
• 主分類號: G01R23/12
• 分類號: G01R23/12;G01R23/165
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

1.一種基于相位直線擬合的正弦波信號頻率估計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，對輸入的含噪復(fù)解析數(shù)字信號作FFT運(yùn)算，并將最強(qiáng)譜線所對應(yīng)的頻率值作為正弦波信號頻率的初估計(jì)值，記作f_e；

步驟2，利用正弦波信號頻率的初估計(jì)值f_e，對輸入的復(fù)解析數(shù)字信號進(jìn)行下變頻處理；

步驟3，對下變頻后的數(shù)據(jù)進(jìn)行低通濾波處理；

步驟4，判斷經(jīng)低通濾波處理后的數(shù)據(jù)量是否大于設(shè)定閾值：若大于閾值則對經(jīng)低通濾波處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)抽取處理，然后進(jìn)入步驟5；否則，直接進(jìn)入步驟5；

步驟5，對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行解相位角運(yùn)算；

步驟6，對所得相位角數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，具體如下：

首先，判斷所提取的相位數(shù)據(jù)序列是否發(fā)生無周期性的相位折疊現(xiàn)象，當(dāng)出現(xiàn)此種情況時(shí)，令并重新提取相位數(shù)據(jù)序列；其中為步驟4中進(jìn)行數(shù)據(jù)抽取處理所得到的采樣數(shù)據(jù)序列，Q為進(jìn)行數(shù)據(jù)抽取后所得采樣數(shù)據(jù)序列的長度；

其次，判斷是否發(fā)生了周期性的相位折疊現(xiàn)象：當(dāng)發(fā)生周期性的相位折疊現(xiàn)象時(shí)，取最大沒發(fā)生相位折疊的相位數(shù)據(jù)段，用于后續(xù)的相位直線擬合運(yùn)算；

最后，從最大沒發(fā)生相位折疊的相位數(shù)據(jù)段中剔除不符合要求的相位估計(jì)值，具體方法是：先計(jì)算Θ(n')＝θ(n'+1)-θ(n')，n'＝0,1,2,…,Q-1，再求Θ(n')的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，當(dāng)Θ(n')與其均值之差大于其標(biāo)準(zhǔn)差的3倍時(shí)，用Θ(n'-1)或Θ(n'+1)代替Θ(n')；其中θ(n')表示的相位信息序列；

步驟7，對經(jīng)預(yù)處理后的相位角數(shù)據(jù)進(jìn)行直線擬合運(yùn)算，再根據(jù)直線擬合的結(jié)果計(jì)算頻率估計(jì)誤差Δf_e，正弦波信號的頻率估計(jì)值調(diào)整為f_e＝f_e+Δf_e；

步驟8，判斷頻率估計(jì)誤差Δf_e是否大于給定閾值：若Δf_e大于給定閾值，用Δf_e對經(jīng)步驟4處理后的輸入復(fù)解析數(shù)字信號進(jìn)行再次下變頻處理，然后轉(zhuǎn)到步驟5；否則，停止正弦波頻率迭代估計(jì)過程，并輸出正弦波頻率的最終估計(jì)值f_e。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相位直線擬合的正弦波信號頻率估計(jì)方法，其特征在于，步驟1所述對輸入的含噪復(fù)解析數(shù)字信號作FFT運(yùn)算，并將最強(qiáng)譜線所對應(yīng)的頻率值作為正弦波信號頻率的初估計(jì)值，記作f_e，具體如下：

記含噪復(fù)解析正弦波信號s₀(t)的采樣頻率、采樣點(diǎn)數(shù)分別為f_s、N；對s₀(t)的采樣信號序列s₀(n)作M點(diǎn)FFT運(yùn)算得s₀(t)的幅度譜|S(k)|，n＝0,1,2,…,N-1，M≥N，k＝0,1,2,…,M-1；再計(jì)算幅度譜中最強(qiáng)譜線所對應(yīng)的頻率值記作f_e。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于相位直線擬合的正弦波信號頻率估計(jì)方法，其特征在于，步驟2所述利用正弦波信號頻率的初估計(jì)值f_e，對輸入的復(fù)解析數(shù)字信號進(jìn)行下變頻處理，具體如下：

利用正弦波信號頻率的初估計(jì)值f_e對采樣信號序列s₀(n)進(jìn)行下變頻處理，即得下變頻后的采樣信號序列

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于相位直線擬合的正弦波信號頻率估計(jì)方法，其特征在于，步驟3所述對下變頻后的數(shù)據(jù)進(jìn)行低通濾波處理，具體如下：

對下變頻后的采樣信號序列進(jìn)行低通濾波處理，得下變頻及低通濾波后的采樣數(shù)據(jù)序列低通濾波處理時(shí)，低通濾波器的帶寬根據(jù)步驟1中f_e的最大估計(jì)誤差及采樣頻率f_s共同決定，即低通濾波器的帶寬大于f_s的0.04倍，并大于f_e的最大估計(jì)誤差。