[发明专利]一种基于相位的频率估计插值方向判断方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于相位的频率估计插值方向判断方法，属于一种信号处理方法。

背景技术

在频率估计当中，恶劣的信道环境会严重影响接收信号的信噪比，当今低信噪比环境下的频率估计应用很广，因此，如何提高极低信噪比下信号的频率估计性能是很重要的。

通常采用的频率估计方法是利用快速傅立叶变换对接收的信号序列进行频域信号处理，估计信号频率。利用快速傅立叶变换估计频率的技术主要是通过借助第二谱线和峰值谱线的幅度比值估计信号的实际频率在两条谱线之间的位置，即Rife算法。

与Rife算法类似的其他算法，如Quinn算法、频偏校正算法、CZT算法，都可以归为基于快速傅里叶变换的插值算法。对插值算法来说，影响估计精度的两个重要步骤是插值方向的判断和插值量的计算。插值量判断，常用的插值方向判断就是类似Rife算法，利用谱线幅度决定。

这种方法利用谱线幅度判断插值方向，在信噪比条件较好时，得到正确率很高的插值方向判断。但是在低信噪条件下，利用谱线幅度判断插值方向有较高的错误率，极大得影响了Rife算法最终的频率估计精度。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于相位的频率估计插值方向判断方法，采用基于谱线相位信息的方法来判断插值频率估计当中的插值方向，解决在低信噪比条件下，利用傅里叶变换后谱线幅度判断插值方向准确率较低的问题。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于相位的频率估计插值方向判断方法，对信号做快速傅里叶变换，搜索到幅度最大的谱线作为谱峰，比较谱峰相邻两侧的谱线与谱峰的相位差，以相位差较大的一侧为插值方向。在得到插值方向的基础上，对谱峰和插值方向谱线进行拟合计算插值量，并结合谱峰位置，可以得到较为精确的信号频率估计。

上述方法具体包括如下步骤：

(1)对接收到的长度为N的离散信号x(n)＝Aexp(j(θ₀+2πf₀n/f_s))做快速傅里叶变换，得到序列其中，A、f_s、f₀和θ₀分别为信号幅度、采样率、初始频率以及初始相位；

(2)搜索X(k)得到第k_max条谱线为幅度最大的谱线，记第k_max条谱线为谱峰；若k_max为1，则频率位置在第k_max和k_max+1条谱线之间，插值方向为正；若k_max为N，则频率位置在第k_max-1和k_max条谱线之间，插值方向为负；若1<k_max<N，则进入步骤(3)；

(3)分别计算谱峰相邻两侧的谱线与谱峰的相位差，即计算第k_max和第k_max-1条谱线之间的相位差P1、第k_max+1和第k_max条谱线之间的相位差P2，比较P1和P2，以与谱峰相位差较大的一侧为插值方向。

P1和P2的计算过程如下：

P1＝abs(phase(X(k_max))-phase(X(k_max-1)))

P2＝abs(phase(X(k_max))-phase(X(k_max+1)))

其中，abs()表示计算括号中绝对值，phase()表示计算括号中相位；

若P1>P2，则频率位置在第k_max和第k_max-1条谱线之间，插值方向为负；若P1<P2则频率位置在第k_max+1和第k_max条谱线之间，插值方向为正；若P1＝P2，则可以认为FFT估计的频率已经足够精准，无需做插值运算。

有益效果：本发明提供的基于相位的频率估计插值方向判断方法，相对于现有技术，具有如下优势：1、在低信噪比条件下，能够提高频率估计插值方向判断的正确率；2、本方法计算量小，速度快，对硬件资源要求低，易于硬件实现。

附图说明

图1是本方法的实现流程图；

图2是本方法和利用谱线幅度判断插值方向的效果比较图。

具体实施方式