[發明專利]一種基于迭代的補零信號頻率估計方法

在審

• 申請號: 202111192220.5
• 申請日: 2021-10-13
• 公開（公告）號: CN113985380A
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 張貽雄;魏鑫全;謝陽銘;石江宏
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41
• 代理公司: 廈門市新華專利商標代理有限公司 35203
• 代理人: 羅恒蘭

本發明涉及一種基于迭代的補零信號頻率估計方法，其包括以下步驟：對正弦波信號s(n)進行補零得到補零之后的信號原信號s(n)信號長度為M，補零之后的信號長度為N；對補零之后的信號進行FFT，得到信號利用的幅度最大值以及估計出待測信號頻率關頻點于k₀處的頻率偏移值x₀；利用頻率偏移值x₀，計算出移動后的頻點k₁＝k₀+x₀，并分別計算出k₁?1、k₁、k₁+1頻點對應的離散時間傅里葉變換幅度值根據的值，再一次估計待測信號頻率關于頻點k₁處的頻率偏移值x₁，令x₀＝x₁，進行多次迭代得到頻率的估計值本發明對每次估計結果進行移頻，使得頻移后的峰值頻率逐步靠近量化頻率點，通過多次迭代，獲得更好的估計性能。

技術領域

本發明涉及信號處理領域，具體涉及一種基于迭代的補零信號頻率估計方法。

背景技術

在通信、雷達信號處理領域中，對淹沒在噪聲的正弦波頻率估計是一個經典問題。這是因為多數目標參數估計問題可以轉化為單頻信號的頻率估計問題。頻率估計算法的優劣很大程度上直接決定了參數估計的最終性能。由于FFT的柵欄效應，使得當采樣序列的頻率不是FFT頻率分辨率的整數倍時，正弦信號的能量頻譜發生泄漏，信號的實頻率落在主瓣內離散FFT譜線之間，導致頻率估計精度與FFT的頻率分辨率處于同一水平，無法滿足精度要求。傳統算法大多都是基于原始信號的頻域進行頻譜插值以得到更精確的頻率估計。

然而，在實際應用中，在執行FFT之前，通常需要進行補零操作。例如，在大多數硬件平臺(如FPGA或DSP)上的FFT操作是基于2L的信號長度來實現的，其中L是一個整數。然而，由于模數轉換器(ADC)的采樣率，實際信號長度將不等于2L。因此，應該對原始時域信號進行零填充。由于信號模型的不同，導致了傳統頻率估計算法的性能大大下降。

TF方法(利用頻譜主峰和相鄰兩次峰的幅度值進行任意長度的頻率估計)雖然能用于估計任意補零的信號，但是由于理論的限制，原信號長度M越接近補零后的信號長度N，其估計值的有偏性越來越大,估計精度越來越低。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于迭代的補零信號頻率估計方法，以解決原信號長度M越接近補零后的信號長度N，其估計值的有偏性越來越大,估計精度越來越低的問題。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種基于迭代的補零信號頻率估計方法，其包括以下步驟：

步驟1、對正弦波信號s(n)進行補零得到補零之后的信號原信號s(n)信號長度為M，補零之后的信號長度為N；

步驟2、對補零之后的信號進行FFT，得到信號

步驟3、利用的幅度最大值以及估計出待測信號在k₀頻點處的頻率的偏移值

步驟4、利用頻率偏移值x₀，計算出移動后的頻點k₁＝k₀+x₀，并分別計算出k₁-1、k₁、k₁+1頻點對應的離散時間傅里葉變換幅度值

步驟5、根據的值，再一次估計待測信號在k₁頻點處的頻率偏移值x₁，令x₀＝x₁，重復執行步驟4-5，直到重復次數達到設定次數；

步驟6、得到頻率的估計值