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专利号: 2017104632663
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-11-28
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于时移相位差的高精度频率参数估计方法,其特征在于,包括以下步骤:

1)、通过高速数模转换器对信号以采样频率fs进行采样,得到数据长度为(N+M+L)点的数字量信号;N表示采样点数,M表示第二段信号相对第一段信号的间隔量,L表示第三段信号相对第二段信号的间隔量,N、M、L均为正整数;

2)、从步骤1)的数字量信号0点起,取N点,得到时间序列x0(n);再从数字量信号信号第M点起,取N点,得到时间序列x1(n);又从数字量信号信号第M+L点起,取N点,得到时间序列x2(n);

3)、构造长度为N的任意对称窗函数,分别对序列x0(n)、x1(n)和x2(n)加窗进行N点DFT变换,通过N点DFT变换后的相位差,三段时间序列求得两个归一化的频率校正量δ的集合U和V;

4)、计算集合U和V集合之间的距离即可得到四个估计频率;

5)、对得到的四个估计频率进行单点DFT并计算信号的能量,以最大能量所对应的估计频率为信号频率的最优估计值。

2.根据权利要求1所述的基于时移相位差的高精度频率参数估计方法,其特征在于,所述步骤1)进行采样的信号采用单频余弦信号x(t)=A0cos(2πf0t+θ0)  (1)其中A0为原始信号的幅值,f0为其频率,θ0是信号的初始相位角,信号x(t)经采样后得到长度为(N+M+L)时间序列x(n)n表示采样点序数,fs表示采样频率,同时,为了满足Nyquist采样定理,采样频率fs>

2f0。

3.根据权利要求2所述的基于时移相位差的高精度频率参数估计方法,其特征在于,所述步骤2)中构造三段时间序列特征如下所示其中以序列x(n)的0点时间平移M个点作为起始点开始取N点为序列x1(n),同理得x2(n),λ0为归一化后的频率,其表示为λ0=f0N/fs。

4.根据权利要求3所述的基于时移相位差的高精度频率参数估计方法,其特征在于,所述步骤3)通过相位差和三段时间序列求得两个归一化的频率校正量δ的集合U和V具体包括:根据傅里叶变换时移性质,相位差为

α表示相位差值,r表示相位绕卷圈数,θ1表示第二段信号初始相位,θ0表示第一段信号初始相位,r∈Z令s=M/N,(7)可简写为

其中 式(8)对1取模得

‘{}1’表示对1取模运算,令 进一步可得{sδ}1=β0  (10)

因为噪声的干扰,|δ|往往大于0.5,所以可以通过下式计算得到δδ=(β0+u)/s,u∈[P1,P2](u∈z),  (11)其中

‘[]’表示取整运算,通过以上分析,利用三段时间序列可以得到其中

通过式(13),可以得到

其中

进而可以得到两个归一化的频率校正量δ的集合

5.根据权利要求4所述的基于时移相位差的高精度频率参数估计方法,其特征在于,所述步骤4)计算集合U和V集合之间的距离即可得到四个估计频率,包括:定义集合U和集合V中所有元素之间的距离为D={Δδ(i,j)=|δi-δj|:δi∈U,δj∈V}  (24)按升序排列,集合D的前四个值为

d={Δδ1(u1,v1),Δδ2(u2,v2),Δδ3(u3,v3),Δδ4(u4,v4)}  (25)集合V相对于集合d的值为

dv={δv1,δv2,δv3,δv4}  (26)从而,频率的估算值为kn=l+δvn,n=1,2,3,4  (27)。

6.根据权利要求5所述的基于时移相位差的高精度频率参数估计方法,其特征在于,所述步骤5)对得到的四个估计频率进行单点DFT并计算信号的能量,以最大能量所对应的估计频率为信号频率的最优估计值,具体包括:定义单点DFT如下所示

那么信号的幅值为Ak=|V(k)|,根据(27)可以得到四个估计频率所对应的信号能量分别为最大的能量值表示为

则最大能量所对应的估计频率值为kt=l+δvt,t∈[1,4]  (31)。