复杂信号的频率估计方法及应用
复杂信号的频率估计方法及应用基本信息
| 书名 | 复杂信号的频率估计方法及应用 | 作者 | 涂亚庆 |
|---|---|---|---|
| ISBN | 978-7-118-10777-7 | 出版时间 | 2016年8月 |
"第1 章绪论 1
1. 1背景及意义 1
1. 2频率估计基本方法 2
1. 2. 1能量重心法 2
1. 2. 2相位差法 3
1. 2. 3幅度比值法 3
1. 2. 4分段 FFT 法 4
1. 2. 5黄金分割法 4
1. 2. 6三角形法 5
1. 2. 7DTFT 法 5
1. 2. 8全相位法 6
1. 2. 9最大熵谱法 7
1. 3时变信号频率跟踪方法 7
1. 3. 1Wigner - Ville 分布法 8
1. 3. 2短时傅里叶变换法 9
1. 3. 3小波变换法 10
1. 3. 4Radon -Wigner 变换法 11
1. 3. 5分数阶傅里叶变换法 12
1. 3. 6局域波分解法 13
1. 3. 7自适应陷波器法 14
1. 4短时信号频率估计方法 19
1. 4. 1相干平均法 20
1. 4. 2频谱平均法 20
1. 4. 3相位相关法 21
1. 4. 4相位积累法 21
1. 4. 5卡布分布法 21
1. 4. 6多段信号频谱融合法 22
1. 5端频信号频率估计方法 22
1. 5. 1CZT 法 23
1. 5. 2Zoom - FFT 法 23
1. 5. 3FFT + FT 法 25
1. 5. 4牛顿法 26
1. 5. 5Goertzel 细化法 26
1. 5. 6频率抽取法 27
1. 5. 7相位补偿细化法 27
1. 5. 8频域增采样内插法 28
1. 5. 9基于小波变换的频谱细化法 29
6本书内容与组织 301. 7小结 31第2 章短时信号频率估计的频谱融合方法 322. 1信号模型 322. 1. 1多段信号概念 322. 1. 2多段信号获取 322. 2频谱融合原理 352. 2. 1邻近频率信号对短时信号频率估计的影响 362. 2. 2现有信号分解结构 372. 2. 3异频域信号分解结构 392. 3频谱融合法 412. 3. 1异频修正矩阵设计 422. 3. 2最优加权融合频谱生成 442. 3. 3频域相关性分析 462. 3. 4相关谱峰值搜索 472. 4频谱融合快速算法 472. 4. 1DTFT 快速算法设计 482. 4. 2加权融合频谱矩阵降维处理 502. 4. 3算法计算量分析 512. 5交叉信息融合法 532. 5. 1方法原理 532. 5. 2交叉信息融合 54 2. 5. 3关键技术 582. 6交叉信息融合快速算法 672. 6. 1基本思想 672. 6. 2关键技术 672. 6. 3算法流程及计算量分析 732. 7实验验证 762. 7. 1信噪比变化条件下的实验验证 762. 7. 2各单段信号采样点数不等条件下的实验验证 792. 7. 3多段信号采样点数变化条件下的实验验证 802. 7. 4信号频率变化条件下的实验验证 812. 7. 5采样频率变化条件下的实验验证 822. 8小结 83第3 章端频信号频率估计的计及负频率方法 843. 1频谱分析中的负频率影响 843. 2计及负频率的端频信号离散频谱校正方法 853. 2. 1极端低频信号的离散频谱校正方法 853. 2. 2极端高频信号的离散频谱校正方法 903. 2. 3实验验证 943. 3基于 FFT 的端频信号相位差估计方法 973. 3. 1FFT 法测量原理及误差分析 973. 3. 2加矩形窗的相位差计算公式 1023. 3. 3加汉宁窗的相位差计算公式 1043. 3. 4实验验证 1053. 4基于余弦窗 DTFT 的端频信号相位差估计方法 1093. 4. 1DTFT 法测量原理及误差分析 1093. 4. 2加矩形窗的相位差计算公式 1133. 4. 3加汉宁窗的相位差计算公式 115
3. 4. 4滑动 DTFT 递推算法 116
3. 4. 5实验验证 118
3. 5基于卷积窗 DTFT 的端频信号相位差估计方法 122
3. 5. 1卷积窗的构造及特点 123
3. 5. 2加2 阶卷积窗的相位差计算公式 124
3. 5. 3加4 阶卷积窗的相位差计算公式 126
3. 5. 4实验验证 127
3. 6小结 130
第4 章时变频率估计的自适应陷波器方法 131
4. 1ANF 频率估计原理 131
4. 2典型 ANF 频率估计方法及性能分析 132
4. 2. 1误差函数分析 132
4. 2. 2FIRANF 性能分析 134
4. 2. 3IIRANF 性能分析 136
4. 2. 4实验验证 139
4. 3联合误差 ANF 的频率估计法及性能分析 146
4. 3. 1间接型联合误差 ANF 频率估计 146
4. 3. 2直接型联合误差 ANF 频率估计 154
4. 3. 3离散卡尔曼滤波 162
4. 3. 4实验验证 163
4. 4基于 Steiglitz - McBride 系统辨识的自适应陷波器方法 170
4. 4. 1用于陷波器辨识的 SMM 方法 170
4. 4. 2SMM - ANF 法 172
4. 4. 3实验验证 173
4. 5反馈修正自适应陷波器法 174
4. 5. 1不完全收敛问题 174
4. 5. 2反馈修正策略 175
4. 5. 3频率估计精度评估 175
4. 5. 4方法流程 176
4. 5. 5实验验证 177
4. 6小结 178
第5 章瞬时频率估计与 VCO 非线性度检测 179
5. 1自适应窗长的 PWVD 瞬时频率估计法 179
5. 1. 1窗长对 PWVD 瞬时频率估计的影响 179
5. 1. 2窗长选择的基本思想 180
5. 1. 3方法流程 181
5. 1. 4实验验证 182
5. 2基于 FrFT 的瞬时频率估计法 186
5. 2. 1参数设置 187
5. 2. 2求中间点频率 187
5. 2. 3中间点频率插值 188
5. 2. 4最佳分数阶比的搜索 188
5. 2. 5方法流程 190
5. 2. 6实验验证 190
5. 3基于 SVD 的非平稳信号重叠分段降噪算法 193
5. 3. 1基于 SVD 的平稳信号降噪原理分析 194
5. 3. 2算法基本思想 194
5. 3. 3算法实现步骤 195
5. 3. 4算法流程 196
5. 3. 5参数变化影响分析 196
5. 3. 6实验验证 201
5. 4VCO 非线性度检测应用 203
5. 4. 1实验背景 203
5. 4. 2实验步骤 204
5. 4. 3相同非线性度不同信噪比下的实验 205
5. 4. 4相同信噪比不同非线性度下的实验 207
5. 5小结 208
第6 章LFMCW 雷达测距应用 209
6. 1LFMCW 雷达测距实验系统 209
6. 1. 1测距原理 209
6. 1. 2系统构成 213
6. 1. 3工作流程 217
6. 2多段信号频谱融合法应用 219
6. 2. 1实验方案 219
6. 2. 2实验步骤 220
6. 2. 3结果与分析 220
6. 3交叉信息融合法应用 230
6. 3. 1实验方案和步骤 230
6. 3. 2结果与分析 230
6. 4基于 FPGA 的测距方法实现 239
6. 4. 1基于 Rife 和 Jacobsen 测频组合的测距方法及应用 239
6. 4. 2基于分段双线幅度测距方法及应用 253
6. 5小结 272
第7 章科里奥利质量流量计应用 273
7. 1科氏流量计实验系统 273
7. 1. 1科氏流量计原理 273
7. 1. 2实验系统构成 275
7. 1. 3实验操作流程 277
7. 2科氏流量计实测信号分析 278
7. 3频率估计方法应用 280
7. 4相位差估计方法应用 283
7. 5基于 DSP 的科氏流量计变送器设计与实现 294
7. 5. 1科氏流量计变送器实现方法综述 294
7. 5. 2功能设计 297
7. 5. 3硬件设计与实现 297
7. 5. 4软件设计与实现 305
7. 6小结 308
参考文献 309
复杂信号的频率估计方法及应用造价信息
书名复杂信号的频率估计方法及应用书号978-7-118-10777-7作者涂亚庆等出版时间2016年8月译者版次1版1次开本16装帧精装出版基金国防科技图书出版基金页数329字数416中图分类TN911. 7丛书名定价109.00
复杂信号的频率估计方法及应用常见问题
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复杂的剪纸方法； 1、折（纸）---选择适当大小彩色纸并对折（做一只蝴蝶）或四折（做两只蝴蝶） 。 2、画（样）---用铅笔轻轻画大样（选取外形具有显著特点的蝴蝶）。 3、剪（...
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建议用自定义线的方法处理：下图是方法：
复杂信号的频率估计方法及应用文献
相参脉冲信号频率估计的CRLB与信噪比阀值
在基于差分Doppler技术的高精度单站无源定位中，辐射源频率(或其变化率)的高精度测量对定位是十分重要的。文章研究了相参脉冲信号频率估计的CRLB界，并推导了ML算法的简化估计方差公式，根据此简化的估计方差公式可以容易的得到相参脉冲信号频率估计的信噪比阀值。计算机仿真证明了理论分析的正确性。
计算机测量电压频率信号的实现方法
以计算机为平台,利用声卡作为采集系统,在输入端外接信号调理电路,通过Labview软件实现对电压和频率的测量和显示,显示界面不仅直观简便,而且还可随意的添加和删减相应功能,并具有可移植性,在教学和实验过程中都起到了重要的作用.
正交频分多路(OFDM)作为一种传输数据的有效方法越来越受到重视，在许多领域得到了应用，如数字声音广播、数字电视、移动通信等等。与传统单载波系统相比，OFDM系统中，由于数据分成许多子信道，大大降低了载频上数据传输的速率，这样，每个子信道上可以近似地用平坦传输函数和加性高斯噪声表示，因此不容易受信道扩散的影响。尽管如此，与单载波系统相比，OFDM系统对同步误差非常敏感，同步误差包括载波频率误差、定时误差和采样频率误差，只有当发射机和接收机之间较好的同步时，才能保证每个子信道之间的独立性。
文献 中分析了载波频率误差对系统性能的影响，研究表明，载波频偏引起OFDM系统的性能恶化随子载波数目增加和输入信噪比增大而加剧。文献中提出了基于导频的频率估计方法，文献中利用最大似然估计方法进行频率估计，定时误差导致子载波产生相移，当定时误差超过循环前缀时会产生码间干扰，文献分别提出基于导音符号和基于最大似然估计的定时同步算法。尽管有许多关于频率和定时误差估计的研究，但人们往往忽略了采样频率误差对系统的影响。因此，本文主要讨论OFDM系统中采样频率误差对系统的影响，并提出一种基于导音符号的采样频率误差估计方法。
频率误差系统描述
由N路子载波组成的OFDM系统模型如图1所示。发射机中，OFDM系统的频率间隔为1/T=1/(NTs)。其中:T为一个OFDM的符号周期；Ts为采样周期。一个OFDM符号由N个正交幅度调制(QAM)或者相移键控方式调制(PSK)的符号组成。第m个OFDM符号经串并变换后，形成N路数据，IFFT在周期T内对这N路数据{am(n)|n=0，1，…，N-1}进行处理，然后经并/串变换、D/A转换和低通滤波以后，形成OFDM信号的复包络，最后经上变频发射出去(为分析方便，假设低通滤波器和信道响应均为理想状况)。
频率误差采样频偏对系统性能影响的分析
在时域上，FFT处理表现为FFT窗口的位置根据每个OFDM符号而移动，如果有采样频偏，于是对于第k路输出，连续的两个OFDM符号的数据之间在星座图上产生了一个附加的相位偏移θk=2πk·Δf/fs。由于这个附加相移与子载波指示数成正比，高指示数的子载波产生的相移大于低指示数，经过许多OFDM符合传输以后，这种相位偏移能累计起来，在数据解码时产生错误。例如，系统总共有1001个子载波，Δf/f=10-5，则子载波1中，两个连续OFDM符号之间的附加相移为：2π×1×10-5=0.0026°；对于第500路子载波，相位偏移将达1.8°，于是在传输中，第1个OFDM符号和第101个OFDM符号在FFT输出的第500路子载波上，附加的相位偏移将达180°。这样在接收的星座图上产生了一个与发射星座图上不同的错误星座点，由于子载波之间的最大相移与系统子载波的数目成正比，如果一个OFDM系统具有长的信道冲激响应(如数字电视)，需要很多的子载波，采样频率误差会给系统带来问题。
频率误差研究结论
分析了采样频率偏差对系统性能的影响。研究表明，在相同的频率采样频偏情况下，系统输入信噪比增大，输出性能恶化加剧，当输入信噪比一定时，随着采样频偏增大，输出性能恶化增大，当输入信噪比较小时，这种变化更为明显。采样频率偏差引起的附加的相移与子载波指示数和采样偏差成正比，采样频偏引起的附加相位增大，性能恶化加剧，对于具有长的信道冲激响应(如数字电视)的OFDM系统，需要很多子载波，采样频率误差会给系统带来问题，为了避免信噪比的严重恶化，必须尽可能地提高采样频率偏差估计精度，减小采样频率偏差。最后，通过连续重发两个相同的OFDM符号，应用最大似然估计方法确定采样频偏，经分析计算表明，该方法具有实现简单、偏差估计精确的特点。
是信号频谱的宽度，也就是信号的最高频率分量与最低频率分量之差，譬如，一个由数个正弦波叠加成的方波信号，其最低频率分量是其基频，假定为f =2kHz，其最高频率分量是其7次谐波频率，即7f =7×2=14kHz，因此该信号带宽为7f - f =14-2=12kHz。
信道带宽则限定了允许通过该信道的信号下限频率和上限频率，也就是限定了一个频率通带。比如一个信道允许的通带为1.5kHz至15kHz，其带宽为13.5kHz，上面这个方波信号的所有频率成分当然能从该信道通过，如果不考虑衰减、时延以及噪声等因素，通过此信道的该信号会毫不失真。然而，如果一个基频为1kHz的方波，通过该信道肯定失真会很严重；方波信号若基频为2kHz，但最高谐波频率为18kHz，带宽超出了信道带宽，其高次谐波会被信道滤除，通过该信道接收到的方波没有发送的质量好；那么，如果方波信号基频为500Hz，最高频率分量是11次谐波的频率为5.5kHz，其带宽只需要5kHz，远小于信道带宽，是否就能很好地通过该信道呢？其实，该信号在信道上传输时，基频被滤掉了，仅各次谐波能够通过，信号波形一定是不堪入目的。
通过上面的分析并进一步推论，可以得到这样一些结果：
（1）如果信号与信道带宽相同且频率范围一致，信号能不损失频率成分地通过信道；
（2）如果带宽相同但频率范围不一致时，该信号的频率分量肯定不能完全通过该信道（可以考虑通过频谱搬移也就是调制来实现）；
（3）如果带宽不同而且是信号带宽小于信道带宽，但信号的所有频率分量包含在信道的通带范围内，信号能不损失频率成分地通过；
（4）如果带宽不同而且是信号带宽大于信道带宽，但包含信号大部分能量的主要频率分量包含在信道的通带范围内，通过信道的信号会损失部分频率成分，但仍可能被识别，正如数字信号的基带传输和语音信号在电话信道传输那样；
（5）如果带宽不同而且是信号带宽大于信道带宽，且包含信号相当多能量的频率分量不在信道的通带范围内，这些信号频率成分将被滤除，信号失真甚至严重畸变；
（6）不管带宽是否相同，如果信号的所有频率分量都不在信道的通带范围内，信号无法通过；
（7）不管带宽是否相同，如果信号频谱与信道通带交错，且只有部分频率分量通过，信号失真。
另外，我们在分析在信道上传输的信号时，不能总是认为其带宽一定占满整个信道，比如频带传输；即使信号占据整个信道，也不一定总是把它想像成一个方波，它也可能是其它的波形，比如在一个单频的正弦波上寄载其它模拟信号或数字信号而形成的复合波形。我们再举一些实例，进一步明晰信号与信道的带宽问题。
从杂波抑制的角度来看，模糊函数的旁瓣越低越好。对顺序步进频率信号，其模糊函数的旁瓣是一定的，故采取多组相干处理方法，没有信杂比得益.对随机序列步进频率信号则可以通过多组捷变相干积累的方法来提高信杂比，即顺序发射多组不同频率顺序的随机序列步进频率信号，然后对其脉冲综合结果进行相干处理 。
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