[發(fā)明專利]頻譜泄漏校正的多頻實(shí)信號(hào)頻率估計(jì)算法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011531792.7
• 申請(qǐng)日: 2020-12-16
• 公開（公告）號(hào): CN112881796A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳鵬;蘇欣;賈琦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心設(shè)備設(shè)計(jì)及測(cè)試技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G01R23/16
• 分類號(hào): G01R23/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明為頻譜泄漏校正的多頻實(shí)信號(hào)頻率估計(jì)算法，涉及信號(hào)處理領(lǐng)域，適用對(duì)象為含噪多頻實(shí)信號(hào)的參數(shù)估計(jì)，主要包括以下步驟：首先利用快速傅里葉變換(FFT)法對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，得到每個(gè)分量的頻譜索引；然后對(duì)信號(hào)頻譜進(jìn)行插值分析，構(gòu)造所有負(fù)頻率和非待估計(jì)正頻率的頻譜插值；其次采用相減策略將信號(hào)頻譜插值和構(gòu)造的頻譜插值相減，完成頻譜泄漏校正，得到抑制了頻譜泄漏的待估計(jì)正頻率頻譜插值；再對(duì)生成的頻譜插值進(jìn)行分析，通過循環(huán)計(jì)算得到各分量的頻譜偏移量、幅值和初相位；最后經(jīng)迭代計(jì)算得到各分量精確的頻率、幅值和初相位。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及信號(hào)處理領(lǐng)域，特別是含噪多頻實(shí)信號(hào)的參數(shù)估計(jì)算法。

背景技術(shù)

多頻實(shí)信號(hào)的參數(shù)估計(jì)是從含有噪聲的采樣信號(hào)中檢測(cè)出信號(hào)各頻率分量的頻率、幅值和初相位，是信號(hào)處理中一個(gè)經(jīng)典課題。廣泛應(yīng)用于低頻機(jī)械光譜學(xué)、線性系統(tǒng)識(shí)別、核磁共振波譜分析、計(jì)量與無損檢測(cè)等工程領(lǐng)域，具有重要的理論研究意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

多頻實(shí)信號(hào)可理解為含有多個(gè)正頻率分量和多個(gè)對(duì)應(yīng)負(fù)頻率分量的復(fù)信號(hào)疊加，顧名思義，多頻實(shí)信號(hào)參數(shù)估計(jì)算法是對(duì)信號(hào)中各個(gè)頻率分量的參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。近年來，有關(guān)多頻實(shí)信號(hào)參數(shù)估計(jì)算法的研究較多，且以DFT為基礎(chǔ)的頻域法為主。

多頻實(shí)信號(hào)的參數(shù)估計(jì)精度同時(shí)受所有負(fù)頻率頻譜泄漏和多個(gè)待估計(jì)正頻率頻譜間相互泄漏的影響。為抑制負(fù)頻率頻譜泄漏的影響，文獻(xiàn)[1](參考文獻(xiàn)[1]：陳鵬，涂亞慶，劉言，等. 相減策略的實(shí)復(fù)轉(zhuǎn)換式參數(shù)估計(jì)算法[J].振動(dòng)與沖擊，2020，39(21)：211-216.)提出了一種實(shí)復(fù)轉(zhuǎn)換式參數(shù)估計(jì)算法，將含有正頻率和負(fù)頻率的實(shí)信號(hào)轉(zhuǎn)換為只含有正頻率成分的復(fù)信號(hào)，再對(duì)復(fù)信號(hào)進(jìn)行迭代插值分析，提高了在信號(hào)頻率較低和中高信噪比條件下的頻率估計(jì)精度。但該算法是針對(duì)單頻實(shí)信號(hào)設(shè)計(jì)的，直接處理多頻實(shí)信號(hào)時(shí)，只能估計(jì)信號(hào)的主頻率，且受其他正頻率頻譜和對(duì)應(yīng)負(fù)頻率頻譜泄漏的影響。為抑制正頻率頻譜間相互泄漏的影響，文獻(xiàn) [2，3](參考文獻(xiàn)[2]：Ye S L，Aboutanios E.RapidAccurate Frequency Estimation of Multiple Resolved Exponentials in Noise[J].Signal Processing，2017，132：29-39.；參考文獻(xiàn)[3]：Djukanovic S，PopovicV.Efficient and Accurate Detection and Frequency Estimation of MultipleSinusoids[J]. IEEE Access，2019，7：1118-1125.)針對(duì)多頻復(fù)信號(hào)設(shè)計(jì)了頻譜插值算法，提高了頻率估計(jì)精度，但處理多頻實(shí)信號(hào)時(shí)，直接受所有負(fù)頻率頻譜泄漏的影響，在低頻和中高信噪比條件下的頻率估計(jì)精度較低。為同時(shí)抑制負(fù)頻率頻譜泄漏和正頻率頻譜間相互泄漏的影響，文獻(xiàn)[4，5](參考文獻(xiàn)[4]：Wen H，Zhang J，Meng Z，et al.HarmonicEstimation Using Symmetrical Interpolation FFT Based on Triangular Self-Convolution Window[J].IEEE Transactions on Industrial Informatics， 2017，11(1)：16-26.；參考文獻(xiàn)[5]：張鴻博，蔡曉峰，魯改鳳.基于雙窗全相位FFT雙譜線校正的電力諧波分析[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2015，36(12)：2835-2841.)利用各類窗函數(shù)提高了部分條件下的頻率估計(jì)精度，但加窗損失了信號(hào)能量，導(dǎo)致低頻時(shí)的頻率估計(jì)精度不高，存在估計(jì)偏差，且對(duì)頻率間隔小于窗函數(shù)主瓣寬度的頻率分量無法估計(jì)。此外，為了追求所加窗的主瓣越窄，同時(shí)旁瓣衰減越快，設(shè)計(jì)的窗函數(shù)越來越復(fù)雜，導(dǎo)致計(jì)算量偏大，且對(duì)算法性能提升不明顯。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提出一種估計(jì)精度高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、抗噪性好、應(yīng)用范圍廣的參數(shù)估計(jì)算法，適用于含噪多頻實(shí)信號(hào)參數(shù)估計(jì)，解決現(xiàn)有頻域參數(shù)估計(jì)法受信號(hào)中負(fù)頻率頻譜和非待估計(jì)正頻率頻譜泄漏影響的問題。

本發(fā)明所提具體算法說明如下：