基于调制FFT的谐振式SAW传感器快速频率估计算法

针对高动态环境下的谐振式声表面波（Surface Acoustic Wave,SAW）传感器快速精确频率估计,提出一种基于调制快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform,FFT）的谐振式SAW传感器快速频率估计算法。对单次谐振式SAW传感器回波信号进行N点取样后进行调制FFT计算,获得回波信号频谱,然后利用最大谱线的两相邻谱线取代I_Rife算法频谱细化后的谱线对频率偏移因子进行估计,最后使用频率偏移因子对最大频谱频率进行修正。该算法较I_Rife算法不需要判断频率修正方向,减少了3N次复数乘法和4（N-1）次复数加法运算,频率估计均方根误差的平均值减小了26%。该算法在提高精度的同时,实现了对谐振式SAW传感器的快速频率估计。     

相减策略的含噪多频实信号频率估计算法EI北大核心CSCD

为抑制频谱泄漏对多频实信号频率估计的影响,提出一种新的频率估计算法。利用FFT法和相减策略对采样信号进行处理,逐步得到各分量的频谱最大值索引,以及各分量频谱偏移量和复幅值粗略值;构造包含所有非待估计频率分量的参考信号,利用相减策略从采样信号中减去参考信号,得到待估计的单频复信号,并对其频谱进行两点插值计算,得到该分量较精确的频谱偏移量和复幅值;然后,通过相减策略和频谱分析,逐步得到所有分量较精确的频谱偏移量和复幅值;通过迭代计算得到各分量精确的频率估计值。同时,可得到各分量精确的幅值和初相位。在无噪声、不同频率间隔等条件下进行了频率仿真试验。结果表明:所提算法有效抑制了频谱泄漏的影响,提高了多频实信号的频率估计精度,频率估计值的均方误差比其他优秀算法更靠近克拉美罗下限。     

基于瞬时频率转速提取算法的汽车排气噪声分析

对某卡车发动机排气噪声信号分帧处理,由短时自相关分析得到去除非转速相关随机噪声的信号序列,对该序列进行短时傅里叶变换得出时间-频率能量分布图;基于瞬时频率转速提取算法,利用改进谱峰值搜索法估计发动机瞬时频率进而得到转速曲线。利用该转速信息对原发动机排气噪声信号按等转速间隔切片进行谱阵图分析,确定发动机排气噪声与转速之间的对应关系,分析出主要阶次信息、敏感频率和转速,实现了基于瞬时频率估计转速提取算法的排气噪声分析,为排气系统的设计与优化提供理论参考。     

提高FMCW雷达测距精度的算法研究

FMCW雷达的测距误差主要受信噪比和扫频宽度影响:当信噪比较低的情况下,雷达的测距误差很大,甚至可能导致结果错误;雷达的扫频带宽决定了雷达的测距固定误差,FFT的频谱估计精度与FFT频率量化相关,当测距精度要求很高时,单纯利用FFT频谱估计目标距离无法达到目的。采取的方法是利用FFT得到FMCW雷达差频信号谱峰的粗略范围,再对这一范围进行频谱细化,从而实现频率(距离)高精度估计。     

基于全相位FFT的油套环空中声速计算方法

油套环空中会产生各种噪声,使测得的接箍反射信号非常复杂,环隙中真实的声速则很难计算准确,可通过对原始接箍数据进行傅里叶变换的方法对声速进行估计,但是存在不可忽视的误差。全相位傅里叶变换是傅里叶变换的一种改进方法,能够获得更加准确的频率谱与相位谱。文章采用全相位快速傅里叶变换（all-phase Fast Fourier Transform,apFFT）得到原始接箍信号的频谱,然后通过该频谱进一步计算环隙声速,可得到更加准确的声速估计。通过对不同信噪比下的模拟接箍信号采用快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform,FFT）和全相位快速傅里叶变换（apFFT）得到其频谱,可以验证apFFT具有很强的抑制频谱泄漏的能力,且抗噪性能比FFT更好。根据FFT谱和apFFT谱分别计算出声速并对比其精度,可以验证通过apFFT谱计算出的声速稳定性更好、精度更高。然后采用上述两种方法对不同深度井的实测接箍数据进行频谱分析与对比,验证了apFFT较之于FFT对谱峰位置的辨识能力更强,根据谱峰位置计算声速的准确性也将更高。     

频谱泄漏校正的多频实信号频率估计算法

为抑制多频实信号中负频率频谱泄漏和正频率频谱间相互泄漏对频率估计的影响,提出一种频谱泄漏校正的频率估计算法。利用FFT法对采样信号进行预处理,得到每个分量的频谱索引;对信号频谱进行插值分析,构造所有负频率和非待估计正频率的频谱插值;采用相减策略将信号频谱插值和构造的频谱插值相减,得到抑制了频谱泄漏的待估计正频率频谱插值;对生成的频谱插值进行分析,得到各分量频谱偏移量估计值;经迭代计算得到各分量精确的频率、幅值和初相位估计值。在不同频率间隔、不同信噪比等条件下的仿真实验结果表明:所提算法具有良好的频率估计性能,有效抑制了频谱泄漏的影响,提高了多频实信号的频率估计精度,使得频率估计值的均方误差更接近于克拉美罗下限。此外,在LFMCW雷达实验平台上进行了测距实验,检验了所提算法的实际应用效果。     

几种基于FFT的频率估计方法精度分析

介绍了噪声背景中正弦信号频率估计的方差下限，对利用FFT主瓣内两条幅度最大谱线进行插值的频率估计方法（Rife-Jane方法和Quinn方法）以及利用FFT相位进行频率插值的方法（分段FFT相位差法和重叠FFT相位差法）的方差进行了理论分析，推导了Quinn方法的频率估计方差计算公式．提出了通过滤波进一步提高分段FFT相位差法的频率估计精度的方法。通过计算机MonteCarlo模拟实验对上述各种方法的频率估计精度以及加窗函数的影响进行了分析并与理论下限进行了比较，指出了每种方法所能达到的估计精度。     

一种激光多普勒信号的频率估计算法

分析了激光多普勒回波信号的特征,提出了一种激光多普勒信号的频率估计算法.用FFT(Fast Fourier Transform)技术求得信号的自相关函数,并由功率谱得到信号频率的粗估计,然后用粗估计值对自相关函数移频,并根据移频信号自相关函数在一点的相位,估计频偏,对粗估计进行频率校正得到频率估计值.在进行信号频率粗估计和求相位时,利用计算过程中得到的结果和FFT因子的对称性,减少运算量.仿真结果表明,本算法有较小的均方根误差和平均绝对误差,应用于激光多普勒测速实验,结果与仿真一致.     

一种水下声信号未知频率的时延差估计方法

针对目标辐射线谱信号频率未知时的时延差(TDD)估计问题,介绍一种基于时延差方差加权的时延差估计方法。首先对接收信号进行快速傅里叶变换(FFT)分析,然后采用引导信号对每一个频率单元进行频域互相关得到每一个频率单元时延差估计初值,最后利用噪声对应频率单元互相关谱最大值随机,目标对应频率单元互相关谱最大值基本一致的特点,统计各频率单元的时延差估计结果得到最终时延差估计值。理论分析和实验结果表明:该方法具有较好的有效性,对信噪比的宽容性远好于频域互相关法,该方法为弱线谱时延差估计提供了一个参考思路。     

含噪多频信号频率估计算法

为抑制多频信号中非待估计频率分量频谱泄漏对频率估计的影响,提出一种新的频率估计算法。利用快速傅里叶变换(FFT)算法对采样信号进行预处理,得到每个频率分量的频谱索引,从而得到各频率分量粗略的幅值和初相位估计值;采用频率搬移策略滤除多频信号中的非待估计频率分量,得到降频信号;对降频信号进行频谱分析,并经迭代计算得到各频率分量信号精确的频率、幅值和初相位估计值。在无噪声、不同信噪比等条件下进行了仿真实验,结果表明,所提算法具有良好的频率估计性能,有效抑制了多频信号中频谱泄漏的影响,提高了频率估计精度,优于现有优秀算法。     

短记录加汉宁窗的频谱校正

基于解析单频模型建立的频谱校正方法难以应用于短记录的频谱校正,因为这时正频率附近的频谱显著偏离解析单频模型,背后的原因是实数信号中负频率分量的泄漏干扰.针对短记录加汉宁窗,给出了一种显式频谱校正方法,它利用局部谱峰附近的三条谱线.采用仿真手段对提出的方法进行了考核.不同仿真样本所含的信号周期数(CiR)从0.05变化到5,步长为0.01;相位从0°变化到179°,步长为1°.结果表明: 1)当CiR＞1时,最大频率误差小于10-10 Δω(Δω是快速傅里叶变换的频率分辨率),而幅值相对误差和相位误差的上限分别不超过10-10和10-7度; 2)当CiR＜1时,误差总体趋势随频率下降而增加,但即使对CiR=0.05,频率误差也不超过4×10-8Δω; 3)精度最高的条件仍然是整周期采样.     

一种简单快速的TD-SCDMA自动频偏估计方法

目前TD-SCDMA系统中,绝大部分都是利用下行同步码来进行频率偏差的估计。针对TD-SCDMA系统中训练序列本身的特点,利用公共信道训练序列的头16个码片与尾16个码片相同这一特性,来进行自动频率偏差的估计。算法性能分析证明,所提方法运算量小,对5000Hz以内的频偏估计快速准确,具有很高的工程应用价值。     

谱分析中栅栏效应的影响及频率和幅度的精确估计方法

讨论了功率谱估计中的栅栏效应及其对频率和幅度估计造成的误差,提出了一种频率和幅度的精确估计方法。仿真结果表明,该方法频率估计精度比传统最大值法提高近10倍,幅度估计精度提高近3分贝。该方法简单易行,无需增加样本长度,故很容易在实际系统中应用。     

基于相位差校正技术的动平衡信号高精度测量

提出利用相位差校正技术实现动平衡信号的高精度测量.对原始随机采样的振动信号序列时移构造相同点数的新序列,分别对这两个信号序列加对称窗函数进行FFT分析,利用各自离散频谱中对应峰值谱线的相位差求取信号幅值和相位的校正量,最后根据该校正量得到基频不平衡信号的特征参数,同时也说明了对称窗函数的选取原则.该方法的采样频率不受待测信号频率影响,不需要整周期采样,算法实现方便,实时性好,且加适当的窗函数可以消除信号中的谐波、噪声干扰.实验结果表明该方法能够实现动平衡信号参数的高精度测量.     

实复转换式衰减信号参数估计算法

为抑制衰减实信号中负频率成分对参数估计的影响,提出一种实复转换式参数估计算法。预估计采样信号频谱能量最大值点的索引值;构造只含有负频率成分的参考信号,并将采样信号和参考信号相减实现实复转换,以抑制负频率频谱泄漏的影响;利用频谱两点插值算法得到频率偏差、衰减因子和复幅值的粗估计值,并重新生成参考信号和复信号;通过迭代计算得到精确的频率、衰减因子、初幅值和初相位估计值。以频率估计为例的仿真实验结果表明:所提算法可有效地抑制负频率频谱泄漏的影响,提高中高信噪比条件下的频率估计精度,特别是信号频率较低时的频率估计精度,提升了频率估计的综合性能。此外,在科氏流量计中进行了实测实验,检验了所提算法的有效性。     

一般阵列误差情况下信号二维方向角和多普勒频率的联合估计

针对平面阵列，推导出基于一般阵列误差模型的信号时空DOA矩阵，采用总体最小二乘法（TLS）估计出多个信号的方位角。俯仰角和多普勒频率，解决了大多数估计算法的性能因阵列误差而严重下降和“频率兼并”问题。此算法对噪声不敏感，不需进行谱峰搜索，仿真结果表明了此算法的有效性。     

离散频谱相位差校正方法研究

在综合分析三种离散频谱相位差校正方法特点的基础上,通过仿真研究,得出在无噪声和小噪声情况下,第一种相位差法（连续采两段信号分别作相同点数FFT）优于第二种相位差法（采一段信号分别作N点和前面N／2点FFT）和第三种相位差法（第一段信号,再构造新序列：将原时域序列前N／2点平移N／4点,将序列的前后N／4点置零,分别对原序列和新序列进行FFT分析,利用对应峰值谱线的相位差进行频谱校正的通用方法）。在大噪声情况下,第三种相位差法的正精度高于其它两种方法。对于相隔较近的频率成分（不小于4个频率分辨率）。第一种和第三种相位差法均高于第二种方法,在小噪声的实际工程中,推荐使用第一种相位差法加Hanning窗进行校正,幅值误差小于1％,频率误差小于0．02个频分分辨率,相位误差小于5度。     

相关Hilbert差值时延估计方法误差分析

被动探测的关键技术之一就是通过有效的信号处理方法提取出多接收器的时间差,而确定时差最基本的方法是进行信号相关以获得估计信息,相关算法虽然计算过程简单,但是算法对信号和噪声频谱特性要求比较高。基于希尔伯特变换的时延估计是广义相关时延估计方法的拓展,把相关函数的对称性由偶函数转化成奇函数,将相关法中对峰值的检测转化为对过零点的检测。通过对两种算法的误差比较分析,信号的截至频率越高,希尔伯特变换法的均方误差与基本相关法的均方误差相差越明显,估计误差越理想,证明Hilbert算法的优越性。     

离散频谱分析中两邻近谱峰参数的识别

在理论概括比值法原理的基础上,提出一种新的自动识别和修正离散频谱中两邻近谱峰参数的方法.它保留了比值法计算简单的特点FFT谱分析时无需增加样本长度,谱峰参数修正识别的算法简单,无迭代搜索过程.不仅能识别间距不到一个频率分辨率的两个密集频率成份,而且能识别峰间距为1～6个频率分辨率的邻近谱峰参数,从而与比值法相辅相成,形成了一套完整的离散频率信号分析方法.仿真研究表明,该方法能有效克服窗谱函数主瓣干涉和旁瓣泄漏的影响,识别精度较高当峰间距大于0.2倍频率分辨率时,对于两个频率分量的各种截断情况,均能保证幅度误差小于6%,相位误差在5°以内.     

基于双谱的正弦信号重构

双谱由于和傅里叶变换存在一定变换关系,也存在栅栏效应,这给基于双谱的频率估计带来误差。为克服该效应,提出了双谱幅值模平方重心法,该方法以双谱幅值谱线的局域重心作为频率的估计值。仿真结果表明该方法的估计性能良好,且复杂度相对简单、运算量较小、实时性较强。同时为充分利用采样数据,采用不同方式构造出两组数据,再对这两组数据分别做双谱分析并估计正弦信号的频率和初相,最后进行平均处理,从而降低了估计方差,改善了估计均值,提高了估计性能。