[发明专利]一种解析信号生成的谐波实信号参数估计方法

说明书

本发明涉及信号处理领域，特别是含噪谐波实信号的参数估计方法。本发明的适用对象为含噪谐波实信号的参数估计，主要包括以下步骤：首先，通过FFT粗估计采样信号的显著分量，生成此分量的解析信号并使用迭代插值算法粗估计频率；接着，计算当前分量的幅度、初相位粗估计并将当前显著分量从原始信号中去除，重复以上操作直到得到所有分量的参数粗估计；然后，对每个谐波分量，将其他分量去除后生成此分量的解析信号并计算参数精估计，最终得到所有谐波分量的参数精估计；最后，重复整个精估计操作，进一步提高参数估计精度。本发明涉及的谐波实信号的参数估计方法原理清晰、抗噪性好、实时性强，提高了参数估计精度。

技术领域

本发明涉及信号处理领域，特别是含噪谐波实信号的参数估计方法。

背景技术

谐波实信号指含有多个不同频率的正弦分量的实信号，谐波实信号的参数估计是从含有噪声的谐波采样信号中检测出谐波各分量的频率、幅度、初相位等参数，这种技术在电力系统监测、雷达阵列处理、生物工程、地球物理等领域有着广泛应用，具有重要的理论研究意义和实际应用价值。

近年来，许多学者针对谐波实信号的参数估计方法展开了许多研究，这些方法主要可以分为基于矩阵变换的参数估计方法和基于离散傅里叶变换(DFT)的参数估计方法两大类。基于矩阵变换的参数估计方法构造信号子空间和噪声子空间矩阵，通过矩阵的特征值分解或奇异值分解来求解谐波参数，具有超分辨率、精度高等特点，但实现困难且计算量非常大，主要有多重信号分类法、线性预测法等。基于DFT的参数估计方法根据傅立叶变换获得信号频谱，并利用快速傅里叶变换(FFT)技术实现快速处理，具有实现简单，实时性好等特点，硬件实现相对容易，因而得到了广泛研究，目前主要有加窗插值法、频谱搬移法等。

(1)多重信号分类法(参考文献[1]：Schmidt R，Schmidt R O.Multiple emitterlocation and signal parameter estimation[J].IEEE Transactions on AntennasPropagation，1986，34(3)：276-280.)，该方法通过计算信号的协方差矩阵，构建信号的噪声子空间，通过求解矩阵的特征值和特征向量来计算采样信号的参数。该方法为高分辨率的现代谱估计方法，但矩阵的特征值分解运算量大，计算复杂，实时性差。

(2)线性预测法(参考文献[2]：So H C，Chan K W，Chan Y T，et al.Linearprediction approach for efficient frequency estimation of multiple realsinusoids：algorithms and analyses[J].IEEE Transactions on Signal Processing，2005，53(7)：2290-2305.)，该方法利用谐波实信号的线性预测性质估计信号参数，并利用迭代计算进一步提高精度。但该方法中需要矩阵的求逆运算，时间复杂度较大，同时迭代计算增加了算法复杂度。

(3)加窗插值法(参考文献[3]：Zeng B，Teng Z，Cai Y L，Guo S Y and Qing BY.Harmonic Phasor Analysis Based on Improved FFT Algorithm[J].IEEETransactions on Smart Grid，2011，2(1)：51-59.)，该方法首先对谐波采样信号进行加窗处理以抑制频谱泄漏，然后通过多项式拟合得到插值公式，利用DFT频谱谱线插值方法快速计算频率。该方法实现速度快，原理简单，但窗函数的选择受限，无法完全消除频谱泄漏带来的影响，估计精度难以提高。