[发明专利]一种基于Candan-Rife综合内插的单频信号频率估计方法

说明书

本发明公开了一种基于Candan‑Rife综合内插的单频信号频率估计方法，包括：获取待处理的单频信号采样数据序列，计算数据序列的离散傅里叶变换和幅度谱；搜索数据序列的幅度谱最大值所对应的离散频率索引；利用数据序列的离散傅里叶变换，计算Candan插值相对频率偏差；利用数据序列的幅度谱，计算Rife插值相对频率偏差；对离散频率索引左、右相邻两离散频率索引所对应幅度谱的比较结果，结合Rife和Candan插值相对频率偏差，估计得到综合相对频率偏差；根据综合相对频率偏差和离散频率索引，利用插值公式估计出单频信号的频率。本发明在不同频段采用不同的估计方法，可在不增加计算量的前提下，提高信号频率估计的精度和稳健性，适合对单频信号频率实时、高精度估计。

技术领域

本发明涉及一种基于Candan-Rife综合内插的单频信号频率估计方法，属于信号处理技术领域。

背景技术

由于单频信号生成简单，且具有较高的速度分辨率，在无线通讯、雷达和声纳等领域得到了广泛的应用，对被噪声污染的单频信号的频率进行精确估计一直是信号处理研究的热点之一。

长期以来，国内外学者对单频信号的频率估计进行了深入、系统的研究，提出了很多估计算法，归纳起来主要包括：(1)基于参数模型的现代谱估计；(2)最大似然估计；(3)基于时域相位估计和(4)基于离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform,DFT)频谱校正的方法。其中基于现代谱估计的方法具有频率分辨率高且不依赖于数据长度等优点，但该类方法对谱模型误差敏感，且运算量大；最大似然法(Maximum Likelihood Estimation，MLE)方差性能最好，接近克拉美-罗下界(Cramer-Rao Low Bound，CRLB)，但因MLE是一种非线性最小二乘拟合问题，需要多维搜索才能得到频率估计结果，其运算量太大，难于实现实时处理；基于时域相位的方法如线性回归频率估计器(Linear Prediction，LP)和通用加权线性预测估计器(Generalized Weighted Linear Predictor，GWLP)，在信噪比足够大的情况下可以达到CRLB，运算量小但对信噪比要求高，存在频率估计范围小且估计性能不一致等问题。

基于DFT频谱校正的方法，物理意义明确，可以利用快速傅里叶变换(FFT)快速实现、实时性好，而且具有较高的信噪比增益和对算法参数不敏感等优点，是一个综合性能最佳的方法，因此得到了广泛的应用和研究。基于DFT频谱校正的方法目前主要有能量重心法、FFT+FT谱连续细化分析傅立叶变换法和插值法有三种校正方法。其中插值法由于具有实现简单，运算量小等优点，得到的研究最为广泛。插值法主要包括两点插值法和三点插值法，两点插值法的典型代表是Rife插值法，该算法利用单频信号幅度谱主瓣内的两个谱线的对相对频率偏差进行计算，从而估计出信号频率；三点内插法的典型代表是Candan插值法，该算法利用单频信号离散傅里叶变换主瓣附近的三根谱线计算相对频率偏差，从而估计出信号频率。分析表明：当单频信号相对频率偏差较大时，Rife插值法估计精度较高，而当相对频率偏差较小时，Rife插值法估计精度较低；与之相反，当相对频率偏差较小时，Candan插值法估计精度高，而相对频率偏差较大时，Candan插值法估计精度低，也就是说当前算法的估计精度对相对频率偏差有较高的依赖性，稳健性差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种基于Candan-Rife综合内插的单频信号频率估计方法，该方法可在不增加运算量的条件下，频率估计精度较常规Candan和Rife直接插值法对相对频率偏差的依赖性大大降低，稳健性高，可以满足雷达和声纳信号处理的精度要求和实时性需求，工程实用性强。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种基于Candan-Rife综合内插的单频信号频率估计方法，包括以下步骤：

步骤(1)、获取待处理的单频信号采样数据序列x(n),n＝0,1,…,N-1，其中N为检测到的单频信号脉宽长度所对应的采样点个数，且N取值为2的整数次幂及N≥4；