[發明專利]一種基于CZT的頻率估計方法

在審

• 申請號: 202210542883.3
• 申請日: 2022-05-18
• 公開（公告）號: CN115097392A
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 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: G01S7/35
• 分類號: G01S7/35;G01S13/32
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪;熊俊杰

本發明涉及一種基于CZT的頻率估計方法，包括步驟：S1：對待估計信號進行采樣，并對采樣后的信號進行FFT變換，獲得最大譜線頻率索引；S2：根據FFT的最大譜線頻率索引確定頻率細化區間，對采樣后的信號進行CZT變換；S3：對CZT變換后的頻譜進行搜索，獲得最大譜線的幅值及其左右兩根譜線的幅值；S4：根據最大譜線右側譜線的幅值與最大譜線的幅值的比值以及最大譜線左側譜線的幅值與最大譜線的幅值的比值確定待估計信號的瞬時頻率與CZT變換后的頻率的誤差；S5：根據所述誤差確定待估計信號的瞬時頻率。本發明的基于CZT的頻率估計方法，能夠以較低的細化倍數和較小的計算量，獲得較高精度的頻率估計結果。

技術領域

本發明涉及頻率估計領域，更具體地涉及一種CZT的頻率估計方法。

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。

為了提升頻率估計的精度，許多算法在FFT變換(傅里葉變換)的基礎上進行了改進，例如選帶傅里葉變換(Zoom-FFT)、Rife算法、線性調頻Z變換(CZT)等。Zoom-FFT算法(趙強,侯孝民,廉昕.基于Zoom-FFT的改進Rife正弦波頻率估計算法[J].數據采集與處理,2017,32(04):731-736.DOI:10.16337/j.1004-9037.2017.04.009)對于信號進行移頻，再進行降采樣，通過降采樣提升了頻譜分辨率，從而提升了頻率估計的精度；Rife算法利用頻譜幅值最大的譜線及其相鄰譜線中幅值較大譜線來計算實際頻率與最大譜線對應的頻率的偏差值，從而提升頻率估計的精度。但是，Rife算法存在估計精度受噪聲影響大、偏差值較小時估計誤差較大的問題。孫宏軍等(孫宏軍,王小威.基于幅值-相角判據的修正Rife正弦波頻率估計算法[J].天津大學學報(自然科學與工程技術版),2018,51(08):810-816)通過設定頻移門限值，對頻移因子滿足門限值的信號使用Rife算法，否則便使用相角來估計頻移因子，提升了算法的性能。Quinn(Quinn B G.Estimation of frequency，amplitudeand phase from the DFT of a time series[J].IEEE Trans on Signal Processing，1997，45(3)：814-817)提出利用FFT變換主瓣內次大值與最大值之比的實部代替幅值之比的頻率估計方法，減少了由于頻移因子方向判斷錯誤引起的誤差。CZT算法(歐陽鑫信,賀青.基于CZT的多子帶信號時差估計方法[J].現代雷達,2019,41(02):31-34.DOI:10.16592/j.cnki.1004-7859.2019.02.007)對于部分頻段進行細化，相較于FFT算法具有更高的頻率估計精度，但是需要大量的計算量。劉上(劉上,朱國富,王玲,等.LFMCW雷達高精度測距相位差改進算法[J].雷達科學與技術,2021,19(03):287-291+297)提出了基于CZT的相位差算法，對于信號進行CZT變換，求出信號相位，利用相位差來求解信號的頻率，解決了相位差算法受噪聲影響大缺陷，提升了頻率估計的精度。

綜上所述，現有的頻率估計算法均存在受噪聲影響大、計算量大等缺陷，無法滿足目前工業領域對于頻率估計的精度高、運算快的要求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于CZT的頻率估計方法，其計算量低、抗噪性能好。

本發明提供一種基于CZT的頻率估計方法，包括以下步驟：

S1：對待估計信號進行采樣，并對采樣后的信號進行FFT變換，獲得最大譜線頻率索引；

S2：根據FFT的最大譜線頻率索引確定頻率細化區間，對采樣后的信號進行CZT變換；