一种正弦信号频率估计的相位匹配方法

摘要

本发明涉及信号处理领域，特别是正弦信号的频率估计方法。本发明的适用对象为正弦信号频率估计，包括以下步骤：首先，利用正弦信号的线性预测性质、自相关计算同频信号的自相关序列，消除初相位不同对正弦信号信息融合的影响；然后，对自相关序列进行时域平均处理，提高信号的信噪比，为改善信号频率估计精度创造有利条件；最后，根据自相关序列的特点生成零初相正弦序列，并利用两者的相关系数构造误差函数，使误差函数最小获得信号频率估计值。本发明涉及的正弦信号的频率估计方法实现简单、抗噪性能好、精度高，消除了多段信号信息融合对初相位的依赖性，提高了信号的频率估计精度。

主权项

一种正弦信号频率估计的相位匹配方法，其特征在于：适用对象为M段正弦信号的频率估计；该方法包括以下步骤：第一步：利用计算同频信号的自相关序列u_m，消除初相位不同对同频信号信息融合的影响；其中x_m，n表示第m段信号第n个点的值，N_m表示第m段信号长度，m∈[1，M]，u_m表示对应第m段信号的自相关序列，u_m，k表示自相关序列u_m的第k个值，k＝1，2…p，p≤[(min(N_m)‑1)/2]；第二步：利用对自相关序列u_m进行时域平均处理，获得时域平均信号序列λ，提高信号的信噪比；第三步：利用下式获得信号频率的粗略估计值ω₁，${\omega }_1={\cos }^{-1}\left\{\frac{\underset{n=2}{\overset{p-1}{\Sigma }}{\lambda }_k[{\lambda }_{k-1}+{\lambda }_{k+1}]}{2\underset{n=2}{\overset{p-1}{\Sigma }}{\lambda }_k^2}\right\};$第四步：根据时域平均信号序列λ的特点和频率粗略估计值ω₁生成零初相正弦序列{cos(kω₁)}、{sin(kω₁)}，代入下式获得信号频率估计值，$\hat{\omega }={\omega }_1+\frac{\left\{\left(\underset{k=1}{\overset{p}{\Sigma }}{\lambda }_k\cos \left({\mathrm{k\omega }}_1\right)\underset{k=1}{\overset{p}{\Sigma }}{\lambda }_{k}k\sin \left({\mathrm{k\omega }}_1\right)\right)-\underset{k=1}{\overset{p}{\Sigma }}{\lambda }_k^2\underset{k=1}{\overset{p}{\Sigma }}\left[k\cos \left({\mathrm{k\omega }}_1\right)\sin \left({\mathrm{k\omega }}_1\right)\right]\right\}}{{\left(\underset{k=1}{\overset{p}{\Sigma }}{\lambda }_{k}k\sin \left({\mathrm{k\omega }}_1\right)\right)}^2-\underset{k=1}{\overset{p}{\Sigma }}{\lambda }_k^2\underset{k=1}{\overset{p}{\Sigma }}{\left[k\sin \left({\mathrm{k\omega }}_1\right)\right]}^2}.$