[发明专利]一种降低频率估计计算量的方法

说明书

本发明涉及一种降低频率估计计算量的方法，即在对大数据量信号进行频率估计时通过数据累加从而大幅度降低计算量达到快速精确计算的方法，其具体步骤是：首先对原始数据进行较少点数的快速傅里叶变换获取频率的粗估计值，用得到的值补偿原始数据中与其对应的相位项，再将处理后的数据按照一定倍数进行累加，之后再进行频率估计。本方法简单、易于硬件实现，可以大幅度提升频率估计速度且精度与对原始信号估计结果几乎一致。

技术领域

本发明涉及信号处理领域，具体涉及信号频率估计领域。

背景技术

对含有噪声的正弦波信号进行频率估计是信号处理的一个经典课题。正弦信号的频率估计主要是通过时域变换或者频谱分析获得信号的频率估计值。随着科学技术的发展，正弦信号的频率估计广泛应用于雷达、声纳、语音、图像分析、生物医学和通信等领域，具有重要的研究意义和应用价值。

频率估计的常用方法为基于快速傅里叶变换的频域信号处理算法，其中较有代表性的算法有：修正Rife(MRife)算法，James Tsui(J-T)算法，牛顿迭代算法等等。这些算法在计算过程中一般都需要计算额外的复数相位项和迭代处理，而在实际工程应用中经常要求对信号进行实时频率估计，且信号数据量通常较大，在这种情况下，算法的计算量会大大提升，严重影响了工程应用的实时实现。

有鉴于此，本发明人针对频率估计存在的诸多问题进行深入构思，进而提出了一种降低频率估计计算量的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低频率估计计算量的方法，其能够在保证频率估计精度的同时降低计算量。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种降低频率估计计算量的方法，其包括以下步骤：

步骤1、对接收到的长度为N点的离散信号x(n)＝A exp(j(2πf₀T_sn+θ₀))+ω(n)进行快速傅里叶变换，得到频域上的N点离散信号其中A、f₀、T_s、θ₀、ω(n)分别代表信号幅度、信号频率、采样时间间隔、信号初相和噪声；

步骤2、寻找X(k)中最大谱线对应的位置k_max，构造与其对应的时域相位补偿项φ(n,k_max)＝exp(-j2πnk_max/N)，用构造好的时域相位补偿项对原始信号x(n)进行相位补偿得到补偿后的信号x′(n)＝x(n)·φ(n,k_max)；

步骤3、将补偿后的信号x′(n)每隔P点进行累加，得到其中m＝0,1...,M-1；

步骤4、采用频率估计算法对处理后的数据进行频率估计，得到处理后信号的估计频率

步骤5、将步骤2中得到的相位补偿项φ(n,k_max)对应的频率与处理后信号的估计频率相加得到原始信号的估计频率

所述步骤3中，y(m)的点数为M＝N/P，P为N的约数，P为大于1的正整数。

采用上述方案后，本方法简单、易于硬件实现，可以大幅度提升频率估计速度且精度与对原始信号估计结果几乎一致，从而保证频率估计在实际应用工程中的实时实现。

附图说明

图1为本发明的实施流程图；

图2为原频率估计方法与用本发明后的频率估计方法的计算量比较图；

图3为原平率估计方法与采用本发明后的频率估计方法计算结果性能的比较图。

具体实施方式