[发明专利]短区间正弦信号的相位估计法及其实验装置

权利要求书

1.一种短区间正弦信号的相位估计方法，被测正弦信号样本周期数CiR＜1，该方法包括以下步骤：

步骤一，对输入的模拟信号x(n)＝Acos(2πf₀+θ₀)进行等间隔采样，获得2N-1个离散样本序列x(n)；

步骤二，对x(n)进行解析变换后得到复序列x₁(n)，解析变换的具体处理包括：

将作为输入信号的离散样本序列x(n)分两路，其中第一路不需做任何处理，第二路则需做希尔伯特变换后得到序列

希尔波特变换后的的频谱表示为

X^(jω)=-jX+(jω)+jX-(jω)]]>

式中X_-(jω)为负频谱，X₊(jω)为正频谱；将乘以j再与第一路信号x(n)叠加后即得解析变换输出信号x₁(n)的频谱X₁(jω)

X1(jω)=X(jω)+jX^(jω)=2X+(jω)]]>

步骤三，用长度为2N-1的三角窗w_c＝[1/N，2/N，...，(N-1)/N，1，(N-1)/N...，2/N，1/N]对x₁(n)加权及平移叠加后生成长度为N的序列y(n)；再将序列y(n)与已知序列进行x内积后得到复数值Q

Q=Σn=0N-1y(n)e-j2πNn]]>

步骤四，取复数值Q的相角值得到相位测量估计值

2.如权利要求1所述的短区间正弦信号的相位估计方法，其特征在于，所述采样频率的设置满足f_s＞(2N-1)f₀/CiR。

3.一种实现如权利要求1所述的短区间正弦信号的相位估计方法的实验装置，输入信号为被测正弦信号样本周期数CiR＜1，其特征在于，该实验装置包括信号调理电路、A/D转换电路、数字信号处理器DSP以及输出驱动及显示单元，其中，信号调理电路与A/D转换电路连接，再与数字信号处理器DSP连接，最后连接到输出驱动及显示单元作为输出：

短区间正弦输入信号经过信号调理电路，进行模拟预处理，以对信号幅度范围进行调整，并去除外干扰噪声；再经过A/D转换器，采样得到样本序列x(n)，将得到的样本序列x(n)与可变时钟CP₂作为并行数字信号输入数字信号处理器DSP，经过数字信号处理器DSP调用核心算法，根据实际需要调整采样率f_s，完成接收信号的参数估计处理；最后通过输出驱动显示及其显示模块显示出调频率和中心频率的估计值。

其中，数字信号处理器DSP的信号参数估计处理，包括以下步骤：

根据具体应用要求，粗略估计信号频率f₀和信号观测周期数CiR，并根据具体需要设定相位精度要求；

数字信号处理器DSP内部程序根据f₀和信号观测周期数CiR值，设定相应的频谱阶数N和充分采集到数据采样频率f_s；

数字信号处理器DSP的CPU主控器从IO端口读采样数据，进入内部RAM。

实现后续的“去直流处理”：计算样本点的平均值获得直流成分B，得到需消除正弦信号x(n)＝Acos(2πf₀+θ₀)+B中的直流成分B；进行相位测量，得到相位测量值。