[發明專利]一種基于全相位FFT幅值的頻偏補償方法

在審

• 申請號: 202210122747.9
• 申請日: 2022-02-09
• 公開（公告）號: CN114488049A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 中科水研（江西）科技股份有限公司
• 主分類號: G01S7/40
• 分類號: G01S7/40
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 楊怡清;熊俊杰

本發明涉及一種基于全相位FFT幅值的頻偏補償方法，包括以下步驟：S1：對待估計信號進行加窗；S2：對加窗后的信號進行FFT，獲得最大頻譜值及對應的頻率索引；S3：在頻率索引處對待估計信號進行全相位FFT；S4：對比FFT的頻譜和全相位FFT的頻譜，得到待估計信號的幅值估計值；S5：確定頻率補償值的補償方向；S6：確定第一補償值；S7：將頻譜移動第一補償值量化單位后，確定第二補償值和第三補償值；S8：根據第一補償值、第二補償值和第三補償值確定頻率補償值；S9：根據頻率補償值得到待估計信號的估計頻率。

技術領域

本發明涉及頻率估計領域，更具體地涉及一種基于全相位FFT幅值的頻偏補償方法。

背景技術

信號的頻率估計是工程應用中常常存在的問題，許多場景需要對信號的頻率進行精確估計。例如，在頻率調制連續波(FMCW)雷達測距系統中，其可以根據發送波和反射波的差頻信號來得到相關的距離信息，即通過估計差頻信號的頻率來得到估計距離，因此對于差頻信號的頻率估計準確程度直接影響到了估計距離的準確程度，差頻信號頻率的測量精度直接決定了測距的精度。

現有的高精度頻率測量方法主要有以下幾大類：比值法、基于FFT的頻譜細化算法、相位差法。常見的頻譜細化方法有Zoom FFT、CZT等，這類方法通過細化頻譜，來獲得高精度結果。常見的比值法有rife、插值法等，它們使用主譜線附近的幾根譜線來進行校正頻率。常見的相位差法有改變窗長相位差法，時移相位校正法等。羅佳等(基于雙級M-Rife算法的頻率測量方法[J].電子信息對抗技術,2020,35(06):50-53+108)通過M-Rife算法對脈內信號進行頻率粗估計，然后構建共軛信號，計算脈間相參正弦波序列S，再通過M-Rife算法對脈間序列進行頻偏精確估計，實現頻率的快速高精度估計。王兆華教授(基于全相位頻譜分析的相位差頻譜校正法[J].電子與信息學報,2008(02):293-297)提出了全相位FFT，在此基礎上黃翔東提出了基于全相位頻譜分析的相位差頻譜校正法，經過簡單運算就可以得到信號的頻率和相位，全相位FFT還可以改善頻譜泄露的問題。杜昊辰(調頻式激光測距差拍信號欠采樣頻率估計系統設計[D].哈爾濱理工大學,2019)對不同采樣速率的差拍信號做FFT處理，采用能量重心結合CZT算法提高混疊頻率估計精度，并利用頻偏值做相位校正并篩選出混疊頻率，依據混疊頻率和采樣率之間的關系，求解出差拍信號的真實頻率，在低信噪比下能夠準確估計差拍信號頻率。

但是，現有方法均是通過增加計算量來獲得高精度，或者犧牲精度來減少計算量。因此，如何在獲得高精度的頻率估計的同時減少計算量是本領域技術人員亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于全相位FFT幅值的頻偏補償方法，其計算量低且精度高。

本發明提供一種基于全相位FFT幅值的頻偏補償方法，包括以下步驟：

S1：對待估計信號進行加窗；

S2：對加窗后的信號進行FFT，獲得頻譜函數，從頻譜函數中提取最大頻譜值及對應的頻率索引；

S3：在頻率索引處對待估計信號進行全相位FFT，獲得全相位頻譜函數；

S4：對比頻譜函數和全相位頻譜函數，得到待估計信號的幅值估計值；

S5：確定頻率補償值的補償方向；

S6：確定第一補償值；

S7：將頻譜函數移動第一補償值量化單位后，確定第二補償值和第三補償值；

S8：根據第一補償值、第二補償值和第三補償值確定頻率補償值；

S9：根據頻率補償值得到待估計信號的估計頻率。

進一步地，所述待估計信號的幅值估計值滿足如下關系式：