基于快速傅里叶变换的正弦信号频率高精度估计算法

为了进一步提高加性高斯白噪声背景中正弦信号的频率估计精度,提出了一种新的基于插值快速傅里叶变换(FFT)的正弦信号频率估计算法.首先,对N点正弦采样序列进行等长度时域补零延长,再进行 2N 点FFT; 然后, 搜索幅度最大离散谱线位置得到频率粗估计值; 最后, 采用幅度最大谱线以及原信号的离散时间傅里叶变换(DTFT)在幅度最大谱线左右两侧的两点抽样值进行精估计.仿真结果表明,当信号实际频率位于FFT两条离散谱线之间任意位置时,所提算法的频率估计均方根误差均接近克拉美罗下限,具有较好的一致性,估计精度高于Candan算法、Fang算法、三谱线合理结合(RCTSL)算法和Aboutanios算法, 且信噪比阈值较低,估计性能优于现有频率估计算法.     

离散实正弦信号参数估计的Cramer Rao方差下限

研究了高斯白噪声背景下根据离散现测值估计实正弦信号的参数问题。分析了实正弦信号幅度、频率和相位估计的方差下限．并讨论了实正弦信号参数的最大似然(ML)估计。给出了观测数据长度N较大时实正弦信号参数估计的Cramer Rao方差下限的计算公式。指出了实正弦信号参数估计方差下限与观测数据长度N、信号频率及初相有关，当N较大时实信号参数估计的方差下限约为对应的复信号的参数估计的方差下限的2倍。在不同的信噪比下进行了计算机模拟．模拟结果与本文分析结果吻合。     

基于FFT和DTFT的指数衰减复正弦信号参数估计算法

针对加性高斯白噪声环境中指数衰减复正弦信号频率和衰减因子的估计问题,提出一种结合FFT和DTFT的离散三谱线插值算法。在利用FFT进行频率粗估计基础上,再利用FFT幅度最大谱线及其左右两侧任意相等位置处的DTFT辅助谱线进行频率和衰减因子精估计,并通过迭代提高算法性能。仿真结果表明,当辅助谱线距离幅度最大谱线位置的绝对值小于0.5时,信号实际频率位于FFT两条谱线之间任意位置,算法性能均接近克拉美罗下界,参数估计精度高于同类算法。     

船舶噪声干扰下基于LS线性回归的水声频率估计算法

针对船舶噪声干扰和离散傅里叶变换带来的栅栏效应问题,提出基于最小二乘线性回归的水声频率估计算法。算法利用离散傅里叶变换实现接收信号的频率粗估计,对得到的频率粗估计误差信号进行加窗求和,再利用最小二乘线性回归,得到频率粗估计的误差,最终实现频率的精准估计。仿真结果表明,所提算法在低信噪比下也能实现频率的精准估计,水箱和胶州湾水下试验验证了所提算法在船舶噪声干扰下的有效性。     

低信噪比条件下正弦信号幅度盲估计

研究了电子侦察信号处理中正弦信号幅度盲估计问题。提出了一种基于相关累加及线性回归的正弦信号幅度盲估计算法。先对接收到的信号进行频率估计,建立参考信号,将接收信号与参考信号相关后变换到基带并作累加,后将相关累加曲线进行最小二乘线性回归,以回归得到的直线斜率值作为信号幅度的估计值。仿真结果表明,当信噪比大于[-3 dB]时,方法的估计均方根误差小于1.1倍克拉美罗限,可在低信噪比条件下,实现正弦信号幅度的盲估计。     

基于约束相位解卷绕的正弦信号高精度相位估计

在Tretter相位估计算法基础上, 提出了一种基于约束相位解卷绕的相位估计方法。通过对观测相位进行适当的线性组合, 将相位约束在较小的模糊相位集合之中, 最后基于相位误差最小原则实现约束相位解卷绕。理论分析与Monte Carlo模拟结果显示, 约束相位解卷绕的信噪比阈值低于常规解卷绕方法, 且在高信噪比条件下相位估计均方根误差接近克拉美罗下限(CRLB), 相位估计性能优于分段DFT相位差法以及全相位FFT测相法。在信噪比为5 dB、数据长度为1023的情况下, 相位估计均方根误差约为0. 9°。当信噪比为0 dB时, 约束相位解卷绕的错误概率仅为10^－3量级。     

频率估计的一种多段同频等长信号频谱融合法

为提高信号频率估计精度和现有方法的普适性,提出一种基于频谱融合的多段同频等长信号的频率估计算法。设计相位差补偿因子克服分段信号相位不连续问题,以达到相位连续信号的频谱分析效果;建立搜索频率序列修正相位差补偿因子中的未知参数,并对分段信号频谱进行相位差补偿得到修正频谱矩阵;通过累积频谱抽取谱和修正频谱计算频谱相关序列并搜索最大值,其对应搜索频率即为该算法的频率估计值。数值仿真实验表明,基于该算法频率估计的均方根误差约为现有方法的1/4~2/3,较为接近Cramer-Rao下限。     

基于Rife算法的频率估计及其FPGA实现

在信号处理领域,高精度的频率估计对信号特征的提取显得尤为重要。介绍了基于Rife算法的频率估计,并将其在FPGA上实现。该算法首先利用FFT对信号频率作粗估计,然后利用最大谱线以及与其相邻的次大谱线进行插值来确定真实频率位置,使频率估计性能得到提高。给出了Rife算法与DFT算法在不同信噪比条件下频率估计性能曲线。最后,将Rife算法在FPGA上利用硬件描述语言——Verilog HDL进行了硬件设计,并对FPGA和Matlab的频率估计结果进行了比较、分析。实验仿真结果表明,该算法运算量小,易在FPGA上实现,该设计具有可行性。     

基于相关累加的正弦波频率估计算法

提出了一种新的正弦波频率估计算法.首先用FFT对信号频率进行粗略估计,再对原始信号进行相关累加后提取相位信息,估计出频偏,经过频偏校正得到频率的精确估计.在整个频段内该算法与Rife算法性能互补,因此本文又提出了两者相结合的综合Synthetic correcting rife(SCR)算法.该综合算法计算量略大于FFT,小于修正Rife算法.仿真结果表明.该算法估计性能接近修正Rife算法,将该算法的结果作为牛顿选代的初始值,进行一次迭代后性能逼近CRLB.     

基于感知滤波器与统计方法的语音增强新算法

根据人耳感知特性,提出了一种小波包感知滤波器与统计方法相结合的语音增强新算法.小波包感知滤波器根据人耳Bark域频率感知特性,将含噪语音频带划分成24个频率群,每个频率群内信号进行最小均方误差对数谱幅度(MMSE-LSA)的估计.通过估计各频率群的先验信噪比得到待估计语音与含噪语音的增益方程,从而得到该频率群内的估计语音,最后将所得的分段估计语音重建即得到增强后的语音.实验结果表明,在各种噪声情况下,该方法均优于其他方法.     

基于三角多项式插值的频率和相位联合估计算法

目前,低信噪比下的通信业务在不断发展,为了使其载波同步系统在低信噪比下能获得运算复杂度和同步精度的双重最佳性能,本文提出了一种新的频率和相位联合估计算法,该算法在FFT运算的基础上,进一步对谱线进行三角多项式插值运算,并通过求解最大值,获得精确的频率和相位估计;通过设计算法的实现方案,减小了运算量。仿真表明,该算法估计误差逼近CRB界,且具有很低的信噪比门限;与Rife、Quinn相比,算法的复杂度与其基本相当,但估计精度显著提高;与三线幅度法相比,算法的运算量仅约为其一半,且性能更好;与迭代类载波估计算法相比,虽然精度基本相当,但运算量和处理延迟要显著减小。     

一种基于过零点的时延测量方法

信号传输时间（时延）的测量,是雷达、声纳系统的关键技术之一。本文研究了一种基于过零点的时延测量方法,在建立过零点搜索模型的基础上推导得出时延测量的测量结果表达式;定量分析了高斯白噪声条件下过零点时延测量的测量精度,得到测量误差的理论表达式。仿真与实验表明,过零点时延测量精度与信号频率、过零点数目、信噪比密切相关,当信噪比较高时,其测量精度与经典FFT法相当,而优势在于过零点时延测量的算法简单、计算量小,适用于对实时性要求较高的测量场合。     

基于DFT的相位差估计精度与改进方法

相位差是传感器信号处理中重要的检测参数。针对相位差高精度估计要求,在阐述DFT相位差估计原理基础上,分析了影响估计精度的主要因素,推导出估计方差与信噪比、采样长度、频率偏差及对称窗型窗长的具体关系,并给出了满足精度要求的信噪比、采样长度和和频率偏差条件。提出一种校正谱泄漏的相位差估计方法,先通过比值法计算出频率偏差,然后考虑负频率泄漏影响进行相位差估计,校正了短程和长程两类谱泄漏影响,给出了加矩形窗或Hanning窗的估计式和方法步骤。实验结果验证了估计精度分析及本文方法性能,科氏流量计应用实验表明了方法的工程可行性和实用价值。     

卫星移动通信信号处理同步技术研究

卫星移动通信信号处理同步技术很大程度上决定了通信的质量。针对卫星移动通信系统中突发信号符号长度短、独特码少的特点,对传统的基于最大似然准则线性相位内插相位估计算法和二次插值快速傅立叶变换频偏估计算法进行了研究,进行了线性相位内插算法和二次插值快速傅立叶变换频偏估计算法机理分析;根据噪声平均化原则,提出了一种低导频段数据情况下改进的线性相位内插算法;利用数据段信息和导频段信息整体做频偏估计的方法,提高了导频段个数较少情况下的频偏估计精度;仿真与试验结果表明：改进的线性相位内插算法比传统算法相位同步性能更高,利用整帧数据做频偏估计精度更高,并满足卫星移动通信终端信号处理的要求。     

基于矩阵旋转不变性的二维谐波免配对方法

主要研究加性噪声中二维谐波频率的估计问题。针对现有算法估计精度不高和计算量较大的缺点,提出了一种基于矩阵旋转不变性的免配对谐波频率估计方法。利用矩阵旋转不变性,通过观测数据获得一组具有对角结构的矩阵组。将矩阵组相加并对此进行一次奇异值分解同时获得两个信号子空间。同时对角化信号子空间的构造矩阵,得到了二维频率的估计,并且所得的二维频率能自动配对。仿真实验结果表明,在数据维数和信噪比都比较低时,该算法明显优于现有算法。在数据矩阵维数[60×60],信噪比[5 dB]时,该算法估计精度高于现有算法近3倍。     

滑动频率估计算法在微波测量液位中的应用

在微波测量液位的系统中,正弦信号的频率估计是实现液位测量的关键.比较并分析了离散FFT变换的两种正弦信号频率估计方法:Rife比值法和三角形法,提出了一种滑动频率估计方法,通过实时确定比例因子,得到了滑动频谱校正算法.实验结果表明,该方法频率估计精度较高,估计性能优于单一的Rife法、三角形法,适合于低信噪比条件下的实...     

改进相位谱补偿的语音增强方法

针对传统单通道语音增强方法中用带噪语音相位代替纯净语音相位重建时域信号，使得语音主观感知质量改善受限的情况，提出了一种改进相位谱补偿的语音增强算法。该算法提出了基于每帧语音输入信噪比的Sigmoid型相位谱补偿函数，能够根据噪声的变化来灵活地对带噪语音的相位谱进行补偿；结合改进DD的先验信噪比估计与语音存在概率算法（SPP）来估计噪声功率谱；在维纳滤波中结合新的语音存在概率噪声功率谱估计与相位谱补偿来提高语音的增强效果。相比传统相位谱补偿（PSC）算法而言，改进算法可以有效抑制音频信号中的各类噪声，同时增强语音信号感知质量，提升语音的可懂度。     

基于FFT幅度和相位插值的频率估计改进算法

针对基于FFT的插值算法在信噪比较低或信号的实际频率与估计频率之间的相对偏差较小时,存在插值方向错误的情况,通过结合其中分段相位差法与Rife算法的优点提出了一种改进算法,该算法可以解决在低信噪比情况下当估计偏差δ接近零时,Rife算法估计误差较大、而当δ接近0.5时相位差法误差大的问题。算法仿真实验结果表明：改进算法在低信噪比条件下的频率估计精度高于Rife算法和分段相位差法,稳定性也比较高,具有很好的应用价值。     

一种数据辅助频偏估计算法

针对以往频偏估计不能兼顾估计范围和估计精度的问题,在分析和比较已有算法的基础上,提出一种基于自相关函数的频偏估计算法。将接收到的信号与辅助数据的共轭进行相关计算,然后对得到信号的自相关函数进行邻位符号相除来展开相位,得到相位差分序列,利用该序列对频偏进行估计,再对频偏结果进行加权平均,理论估计范围可达到符号速率的50%。仿真结果表明,该算法在信噪比SNR≥-5 dB的条件下,能够实现估计方差接近克拉美罗界,解决了估计范围和估计精度相矛盾的问题。