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Zoom-FFT的改进Rife正弦波频率估计算法

Rife算法是正弦波频率估计的一种经典算法,但其根本缺陷在于低信噪比且被估计频率接近量化频率点时估计性能差。本文通过分析Zoom-FFT的基本原理,验证了其具有可控的局部频谱放大功能,进而提出了一种改进的Rife频率估计算法。通过对信号进行Zoom-FFT处理实现以被估计频率为中心的较窄频段频谱的大幅度细化和放大,然后利用Rife算法进行精确频率估计。仿真结果表明,该算法具有高于传统Rife及其改进算法的估计精度和抗噪声性能,且对真实频率与量化频率点的位置关系不敏感,但计算复杂度有一定增加。     

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。     

正弦波频率估计的修正Rife算法

分析了Rife算法的性能，指出当信号频率位于离散傅里叶变换（Discrete Fourier Transform，DFT）两个相邻量化频率点的中心区域时，Rife算法精度很高，其均方根误差接近克拉美-罗限（Cramer-Rao Lower Bound，CRLB），但当信号频率位于量化频率点附近时，Rife算法精度降低。本文提出了一种修正Rife（M-Rife）算法，通过对信号进行频移，使新信号的频率位于两个相邻量化频率点的中心区域，然后再利用Rife算法进行频率估计。仿真结果表明本算法性能不随被估计信号的频率分布而产生波动，整体性能优于牛顿迭代法（一次迭代）。接近二次迭代，在低信噪比条件下不存在发散问题，性能比牛顿迭代稳定。本算法易于硬件实现。     

一种实时精确的正弦波频率估计算法

针对Rife算法在被估计频率接近量化频率时的估计精度较差的特点,结合频谱细化技术构造了补充Rife算法.考虑到Rife算法和补充Rife算法性能互补的优点,提出了一种综合算法.仿真结果表明,在低信噪比(SNR)下,该综合算法不仅具有较高的估计精度,而且在整个频段上性能稳定.同时该综合算法只需一次FFT及两点DFT计算,计算量小,易于硬件实现.     

基于IIN算法和Rife算法的一种新的正弦波频率估计算法

针对信号频率位于两个相邻量化频率点的中心区域时,IIN(iterative interpolation based)算法的精度降低,而当信号频率位于量化频率点附近时,Rife算法的精度降低问题,本文提出了一种新的算法,即R-IIN算法。首先利用Rife算法对信号的频率进行粗估计,然后通过频谱搬移使新信号的频率位于量化频率点附近,再利用IIN算法对信号频率进行估计。仿真结果表明,本算法的整体性能优于M-Rife[4]算法和IIN[8]算法（一次迭代）,接近二次迭代,且性能稳定。     

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.     

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...     

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System Generator的Rife算法的FPGA实现

在FPGA平台上应用System Generator工具实现了高精度频率估计Rife算法。不同于传统的基于HDL代码和IP核的设计方法,采用System Generator工具可以使复杂算法在FPGA中更快、更准确地实现。给出了Rife算法的描述和实现结构框图,并在System Generator和ISE环境中进行了仿真,验证了设计的正确性。     

一种低功耗的振弦式传感器测频系统设计

为实现无市电情况下振弦式传感器对被测对象的长期实时监测,介绍了一种基于STM32L152微处理器的高精度、低功耗振弦式传感器测频系统。系统硬件包含传感器激振、信号调理、数据存储以及电源管理等模块。软件上利用Rife与Quinn算法,降低传感器激振电压、缩短激振时间,极大地减少了测频系统的功耗。实验结果表明：系统的平均工作电流为23.2 mA,休眠电流为15μA,频率测量相对误差小于0.025%,满足工程上振弦式传感器对测频精度和功耗的要求。     

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。     

基于ESPRIT的噪声抑制频率估计算法

在中低信噪比时,协方差矩阵受噪声影响较大导致ESPRIT算法性能降低,使其与克拉美罗下限(CRLB)有一定距离。针对该问题,提出一种基于ESPRIT的噪声抑制频率估计算法,利用信号频域内若干子带的谱线估计协方差矩阵,通过该矩阵的特征向量张成信号子空间,估计信号各分量的频率。实验结果表明,该算法能用于多个频率分量的信号分析,归一化频率估计的范围为 ,且性能接近于CRLB下限。     

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。