CN113219243A - 一种校正频率搜索间隔量化误差的高精度测频方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电子信息技术领域，具体为一种校正频率搜索间隔量化误差的高精度测频方法。本发明首先利用信号采样的频谱序列和信号采样的尾首差确定幅度谱及其谱峰位置，然后由频谱序列在幅度谱谱峰位置的值和信号采样的尾首差确定频率搜索间隔的量化误差校正值，进而由幅度谱谱峰位置和频率搜索间隔的量化误差校正值确定频率测量。本发明的有益效果是：使用本发明提出的一种校正频率搜索间隔量化误差的高精度测频方法，不仅利用了幅度谱谱峰位置，还利用了频率搜索间隔的量化误差校正值，实现高精度测频。本发明提出的方法的计算量与快速傅里叶变换法的计算量是同一数量级的。

Description

一种校正频率搜索间隔量化误差的高精度测频方法

技术领域

本发明属于电子信息技术领域，具体为一种校正频率搜索间隔量化误差的高精度测频方法。

背景技术

对信号频率进行快速、准确的测量在雷达、通信、声纳等领域具有重要意义。测量频率的方法有很多，按照工作原理可以分为计数法、相位法、快速傅里叶变换法等。测量频率的计数法、相位法适用于单频信号，当信号中包含多个频率成分时，不再适用。快速傅里叶变换法先对信号进行傅里叶变换，再搜索幅度谱的峰值，最后利用幅度谱的峰值位置确定频率测量，适用于多频信号，但是受到幅度谱频率搜索间隔的量化误差的影响，频率测量的误差较大。

由于快速傅里叶变换的幅度谱频率搜索间隔与信号采样数或快速傅里叶变换的长度成反比，为了降低快速傅里叶变换法幅度谱频率搜索间隔的量化误差对频率测量精度的影响，常常采用填零的方法增加信号采样数或快速傅里叶变换的长度。但是，快速傅里叶变换的计算量与信号采样数或快速傅里叶变换长度成正比，这种提高测频精度的方法也会使频率测量的计算量成倍的增加，难以同时满足高精度、有实时性要求的应用场合。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种同时利用信号采样的快速傅里叶变换的幅度谱峰值位置和频率搜索间隔量化误差校正值确定信号频率的方法，能实现高精度快速测频的目的。

本发明的技术方案是：

一种校正频率搜索间隔量化误差的高精度测频方法，首先利用信号采样的频谱序列和信号采样的尾首差确定幅度谱及其谱峰位置，然后由频谱序列在幅度谱谱峰位置的值和信号采样的尾首差确定频率搜索间隔的量化误差校正值，进而由幅度谱谱峰位置和频率搜索间隔的量化误差校正值确定频率测量。记信号采样数为N，信号采样为x(n)，n＝0,1,2,…,N-1，包括以下步骤：

S1、由前N-1个信号采样x(n)，n＝0,1,2,…,N-2，采用快速傅里叶变换，确定频谱序列y(k)，为：

其中，k＝0,1,2,…,N-2；

S2、由信号采样的首尾样本，确定信号采样的尾首差v，为：

v＝x(N-1)-x(0)

S3、由信号采样的尾首差v和频谱序列y(k)，确定幅度谱z(k)，为：

z(k)＝|y(k)+v|+|y(k)|

其中，k＝0,1,2,…,N-2；

S4、令k＝0,1,2,…,N-2，搜索幅度谱的最大值对应的序列号，即幅度谱谱峰位置m，为：

S5、由频谱序列的第m个值y(m)，即频谱序列在幅度谱谱峰位置的值，与信号采样的尾首差v，确定频率搜索间隔的量化误差校正值u，为：

其中，angle表示复数的相位角。

S6、由幅度谱谱峰位置m和频率搜索间隔的量化误差校正值u，确定频率测量f，为：

本发明的有益效果是：使用本发明提出的一种校正频率搜索间隔量化误差的高精度测频方法，不仅利用了幅度谱谱峰位置，还利用了频率搜索间隔的量化误差校正值，实现高精度测频。本发明提出的方法的计算量与快速傅里叶变换法的计算量是同一数量级的。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的实用性进行说明。

实施例

在本例中，信号采样数分四种情况，N＝32、64、128、256，信号采样为x(n)，n＝0,1,2,…,N-1，信号采样中包括归一化(相对于采样频率)频率等于0.2143、信噪比为18dB的信号，以及归一化频率等于0.1162、干信比为11dB的干扰。

测量信号频率时，快速傅里叶变换法只利用幅度谱的谱峰位置测量信号频率，本发明方法不仅利用了幅度谱的谱峰位置，还利用了频率搜索间隔的量化误差校正值。在本例中，利用同样的采样信号，当N＝32、64、128、256时，快速傅里叶变换法的信号归一化测频均方根误差分别为0.0091、0.0045、0.0023和0.0011；本发明方法的信号归一化测频均方根误差分别为0.0014、0.0007、0.0003和0.0002。可见，与快速傅里叶变换法相比，利用同样的采样信号，当N＝32、64、128、256时，本发明方法的归一化测频均方根误差分别降低了84.12％、85.05％、84.77％和84.67％，本发明方法在信号采样数N＝32时的测频精度接近快速傅里叶变换法在信号采样数N＝256时的测频精度，实现了高精度测频的目的。

Claims (1)

1.一种校正频率搜索间隔量化误差的高精度测频方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采用快速傅里叶变换，根据前N-1个采样信号x(n)确定频谱序列y(k)：

其中，n＝0,1,2,…,N-2，k＝0,1,2,…,N-2；

S2、由采样信号的首尾样本，确定信号采样的尾首差v：

v＝x(N-1)-x(0)

S3、由采样信号的尾首差v和频谱序列y(k)，确定幅度谱z(k)：

z(k)＝|y(k)+v|+|y(k)|

S4、搜索幅度谱的最大值对应的序列号，即幅度谱谱峰位置m：

S5、根据步骤S4得到的频谱序列在幅度谱谱峰位置的值y(m)，与采样信号的尾首差v，确定频率搜索间隔的量化误差校正值u：

其中，angle表示复数的相位角；

S6、由幅度谱谱峰位置m和频率搜索间隔的量化误差校正值u，获得频率f：