[發明專利]一種信號頻率精確估計方法

在審

• 申請號: 202011380638.4
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112541157A
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 趙益民;孫開鋒;張濤;寇小明
• 申請（專利權）人: 西安精密機械研究所
• 主分類號: G06F17/14
• 分類號: G06F17/14
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 華金

本發明涉及一種對單頻正弦信號頻率計算方法，適用于需要獲取精確信號頻率的工程分析和性能評估。本發明提出一種便于計算機程序實現的檢測方法，使用較小樣本數據，可計算單頻正弦信號的頻率，過程耗時短、結果精確，可用于解決在設備工程研制中的實際問題。本發明邏輯性強，易于計算機程序實現、通用性較好可在測試設備中應用，能夠大大提高計算結果的準確程度，對信號頻率的估算精度相比頻率分辨率，提高了4倍以上。而且，相比于傳統FFT(快速傅里葉變換)方法，需要的樣本點數也大大降低，相應地減少了計算耗時。

技術領域

本發明涉及一種對單頻正弦信號頻率計算方法，適用于需要獲取精確信號頻率的工程分析和性能評估。

背景技術

在某設備系統研制中，需要精確了解某些產品輸出信號的頻率，該頻率的準確程度代表了該產品的關鍵技術特性，故而精確獲取頻率數據十分重要。

通常情況下，獲取信號頻率的方法有：

a)計數法：通過計算一定時間段內信號的正負變化次數或峰值數來折算信號頻率。此方法簡單，但易于受較大噪聲影響，而且僅限于整數；要精確獲得頻率數據，需要大量時間的累積；

b)濾波技術：用軟件或硬件對信號進行窄帶濾波以獲取信號頻率，此方法難以獲取精確頻率值，誤差很大；

c)基于DFT(離散傅里葉變換)的計算分析技術：通過采集，對獲得的信號數字序列進行DFT譜變化，通過信號頻譜最大值獲得信號頻率值。要獲取精確頻率值，需要大量有效采集數據(樣本點數)，即受限于頻率分辨率。

盡管存在多種信號頻率獲取方法，大多獲得的頻率數據精確度不高或因成本、耗時等因素難以實現。目前，精確的信號頻率計算方法是采用極大樣本點數的DFT譜分析方法，然而在高采樣率下，要獲得精確的信號頻率，需要極大的樣本數據，并且需要容忍很大的數字計算耗時。尋求一種較小樣本數據下，計算耗時短、結果精確的信號頻率獲取方法很有價值。

發明內容

本發明解決的技術問題是：為了克服現有技術的不足，實現利用較小樣本數據，快速精確計算單頻正弦信號的頻率。本發明提出一種便于計算機程序實現的檢測方法，使用較小樣本數據，可計算單頻正弦信號的頻率，過程耗時短、結果精確，可用于解決在設備工程研制中的實際問題。

本發明的技術方案是：一種信號頻率精確估計方法，包括下述步驟：

步驟1：對被分析的單頻正弦信號進行數字采樣，采樣率為Fs；采樣后形成連續的數字信號序列，記為X：X＝{x_i}(i＝0,1,2……N-1)；

步驟2：計算Df，Df＝Fs/N；

步驟3：對X進行進行PSD功率譜分析，得X的功率譜SPF，在SPF左半數值中尋找最大數值，記為(n，C)，C為最大數值，n為最大數值所在的序號；取n左右各2個SPF元素，依次記為(n-2，A)、(n-1，B)、(n+1，D)、(n+2，E)；

步驟4：將各數據帶入公式(1)計算，可以得到被測信號的頻率F。

本發明進一步的技術方案是：所述步驟1中，按照DFT要求的樣本點數要求，形成信號序列。

本發明進一步的技術方案是：所述的要求為：樣本數記為N，N為2的正整數次冪。

本發明進一步的技術方案是：所述步驟3中，功率譜分析結果記為SPF：

發明效果

本發明的技術效果在于：本發明的方法邏輯性強，易于計算機程序實現、通用性較好可在測試設備中應用，能夠大大提高計算結果的準確程度，對信號頻率的估算精度相比頻率分辨率，提高了4倍以上。而且，相比于傳統FFT(傅里葉變換)方法，需要的樣本點數也大大降低，相應地減少了計算耗時。