[发明专利]一种单音信号的检测方法

说明书

本发明涉及一种单音信号的检测方法，属于信号处理技术领域。本发明通过对待测信号加kaiser窗处理，根据采样点数和采样频率找到待检测频点左边和右边的频点，避免了用一段频段内的最大峰值和次峰值的频点易受其他大单音影响的问题；然后利用Goertzel算法计算左边和右边的频点的幅值，相对FFT而言，Goertzel算法不需要存储所有的输入数据，能够进行实时计算；最后运用双谱线插值算法对左频点和右频点的幅值进行插值运算，得到待测信号的频率和幅值，实现单音信号的快速、准确地检测。

技术领域

本发明涉及一种单音信号的检测方法，属于信号处理技术领域。

背景技术

由于非整周期截断和非同步采样会导致采用FFT进行谐波分析时产生频谱泄露和栅栏效应。针对FFT算法的不足，通常采用时域加窗函数、频域谱线插值的双谱线加窗插值方法提高FFT算法的精度，双谱线加窗插值算法首先对信号进行时域加窗操作，如常用的Hanning窗、Hamming窗、Blackman-Harris窗、Nuttall窗等，再通过FFT得到信号的频域表示，找出包含目标频率的一段频段，求出这一频段内的最大峰值和次峰值，进而对最大峰值和次峰值进行多项式拟合求出频率和幅值修正系数，这类方法可有效提高谐波的幅值和频率估计精度。

但这些常用的窗函数参数固定，不能动态调整窗函数的旁瓣高度和主瓣宽度，适用范围较窄。双谱线插值算法利用FFT计算包含目标频率的频段内的最大峰值和次峰值，当存在与目标频率接近的大单音时，最大峰值与次峰值频率区间不一定包含目标频率，造成单音检测错误，此外，使用基2FFT得到信号的频域信息，需要存储所有的输入数据和旋转因子，数据的长度也要限制为2的整次幂，当数据量较大时，不利于在嵌入式系统上的实时检测。

发明内容

本发明的目的是提供一种单音信号的检测方法，以解决目前单音信号检测过程存在的准确性低、实时性差的问题。

本发明为解决上述技术问题而提供一种单音信号的检测方法，该检测方法包括以下步骤：

1)按照采样频率对待测信号进行模数转换，按照采样点数对模数转换后的信号进行截断操作，得到采样值序列；

2)根据采样频率和采样点数确定频率分辨率，利用频率分辨率确定目标频率所在的最小频率区间，以此确定距离目标频点最近的左边频点和右边频点；

3)对采样值序列进行kaiser窗处理，对kaiser窗处理后的采样值序列通过Goertzel算法计算出左边频点和右边频点的幅值；

4)利用左边频点和右边频点的幅值进行双谱线插值得到目标频率的频率和幅值修正系数，以此确定待测信号的频率和幅值。

本发明利用频率分辨率得到包含目标频率的最小频率区间，利用最小频率区间的左右边界的幅值进行插值计算，可降低频率接近的大单音存在的影响；本发明利用参数可调的kaiser窗函数，可自由选择主瓣宽度和旁瓣高度之间的比重，对信号加权更加灵活；本发明利用Goertzel算法计算频点的幅值，不需要存储所有的输入数据，存储的系数为一个，对数据的长度没有限制，能够进行实时计算。

进一步地，所述距离目标频点最近的左边频点和右边频点分别为：

其中，k₁为左边频点，k₂为右边频点，f₀为目标频率，f_s为采样频率，M为采样点数，floor(·)表示对结果下取整，round(·)表示四舍五入。

进一步地，为准确计算两个频点处的幅值，左边频点和右边频点幅值的计算公式为：