一种单频信号参数高精度估计方法技术

本发明专利技术公开了一种单频信号参数高精度估计方法，对信号s

【技术实现步骤摘要】
一种单频信号参数高精度估计方法


[0001]本专利技术涉及信号处理
，具体涉及一种单频信号参数高精度估计方法。

技术介绍

[0002]单频信号在实际探测系统中应用广泛，由于水声、电磁环境非常复杂，因此背景噪声通常不仅有白噪声，同时还含有大量的带内色噪声，使得单频信号参数估计变得非常困难。幅度估计主要用于门限设置、声磁场强度表征，频率估计主要用于确定有效声磁回波、多普勒估计等。如果能够在复杂背景下准确估计信号幅度和频率，对于探测系统的能力提升具有重要意义。
[0003]当前的单频信号估计通常采用自适应增强算法，可以有效提取噪声中的微弱信号，但不能准确估计幅度；基于插值类的频率估计算法，频率估计精度高，但易受噪声干扰，估计稳定性较差。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，专利技术人提供了一种基于多重自相关的单频信号参数高精度估计方法，能够在强噪声干扰背景下准确估计信号幅度和频率，稳定性好，计算量小。
[0005]本专利技术提供了一种单频信号参数高精度估计方法，包括：
[0006]步骤1：对信号s
r
(n)进行工频干扰滤除处理，得到信号s(n)；通过全通网络减去窄带FIR滤波器，FIR滤波器的特征为具有窄带信号处理且具有相同的延迟和增益，从而得到具有尖锐陷波特性的陷波滤波器。工频干扰为50Hz，设计阻带上下限截止频率为49Hz、51Hz，消除50Hz工频干扰，得到滤除工频干扰后的信号s(n)。
[0007]步骤2：给信号s(n)加平顶窗，得到加窗后的时域信号x(n)，x(n)＝s(n)ω(n)，
[0008]平顶窗表达式ω(n)为：
[0009][0010]其中，a0＝0.2156，a1＝0.4166，a2＝0.2773，a3＝0.0836，a4＝0.0069，L为平顶窗长度。
[0011]步骤3：使用多重自相关算法对时域信号x(n)进行处理，得到幅度校正后的信号y
m
(n)。对于时域信号x(n)，其自相关R
x
(n)有：
[0012][0013]步骤4：对信号y
m
(n)进行幅度的搜索，获得其幅度谱的最大值所对应的离散频率索引k0，
[0014][0015]表示在范围搜索Y(k)的最大值所对应的离散频率索引，其中Y(k)为信号y
m
(n)的幅度谱。
[0016]步骤5：提取离散频率索引k0及其左、右相邻两个离散频率索引k0‑
1和k0+1所对应的幅度谱结果A
l
，A
m
和A
r
；其中，A
l
＝Y(k0‑
1)，A
m
＝Y(k0)，A
r
＝Y(k0+1)。
[0017]提取离散频率索引k0‑
1的离散傅里叶变换和离散频率索引k0的离散傅里叶变换的比值a
l
，提取离散频率索引k0+1的离散傅里叶变换和离散频率索引k0的离散傅里叶变换的比值a
r
；
[0018]步骤6：根据A
l
，A
m
，A
r
，a
l
和a
r
计算单频信号的频率相对偏差；
[0019]步骤7：基于插值估计，根据单频信号的频率相对偏差计算单频信号频率。
[0020]进一步地，所述步骤3包括：
[0021]步骤31：对时域信号x(n)做长度为2N的离散傅里叶变换，将时域信号x(n)转换至频域，得到频域信号X(k)；N为时域信号点总数，即一维信号离散序列的长度。
[0022]频域信号X(k)的自相关R(k)有：
[0023]R(k)＝X(k)X
*
(k)
[0024]X
*
(k)为X(k)的共轭。
[0025]步骤32：将频域X(k)的自相关R(k)转换至时域，进行自相关计算后的时域信号r(n)。
[0026]步骤33：截取时域信号r(n)N/2到N/3长度序列，得到自相关处理后的信号y
′
(n)，
[0027]步骤34：重复步骤31、步骤32和步骤33，得到m重自相关处理后的信号y
′
m
(n)；
[0028]步骤35：将信号y
′
m
(n)进行校正，得到幅度校正后的信号y
m
(n)；
[0029][0030]进一步地，所述步骤6包括：
[0031]计算离散频率索引k0‑
1和k0+1的频率相对偏差δ1和δ2；
[0032][0033]若δ1，δ2＞0或A
l
＜A
r
，则频率相对偏差为：
[0034][0035]若δ1，δ2＜0，则频率相对偏差为：
[0036][0037]进一步地，所述步骤7包括：
[0038]对信号s
r
(n)进行非线性回归拟合，设定频率f0为：
[0039][0040]其中，Δf＝0.1，k为频点处的索引值，F
s
为采样率，N为采样点数；
[0041]插值估计信号频率
[0042][0043]相比现有技术，本专利技术的有益效果：
[0044](1)该方法能够有效抑制工频干扰，防止FFT计算过程中造成的频谱泄漏，能够有效对低信噪比信号进行信号增强，准确、快速、稳定估计信号的幅度、相位。
[0045](2)通过非线性回归方式拟合偏差校正，有效提高估计精度。
附图说明
[0046]图1(a)为实施例1中的原信号s
r
(n)的频谱；
[0047]图1(b)为实施例1中的信号s(n)的频谱；
[0048]图2为实施例1中的滤波器频率响应图；
[0049]图3为实施例1中信号s(n)加窗后的信号x(n)的频谱；
[0050]图4(a)为实施例1中第一自相关处理后的信号y
′1(n)的频谱；
[0051]图4(b)为实施例1中第四自相关处理后的信号y
′4(n)的频谱；
[0052]图5为实施例1中自相关幅度校正后信号y
m
(n)的频谱。
具体实施方式
[0053]下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。
[0054]实施例1
[0055]设计仿真信号s
r
(n)＝cos(2π
×
125n)+N(n)+0.5cos(2π
×
50n)，最后一项表示50Hz工频干扰项，信噪比为
‑
10dB，仿真信号s
r
(n)的频谱如图1(a)所示。
[0056]步骤1：对信号s
r
(n)进行工频干扰滤除处理，得到信号s(n本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单频信号参数高精度估计方法，其特征在于，包括：步骤1：对信号s
r
(n)进行工频干扰滤除处理，得到信号s(n)；步骤2：给信号s(n)加平顶窗，得到加窗后的时域信号x(n)；步骤3：使用多重自相关算法对时域信号x(n)进行处理，得到幅度校正后的信号y
m
(n)：步骤4：对信号y
m
(n)进行幅度的搜索，获得其幅度谱的最大值所对应的离散频率索引k0；步骤5：提取离散频率索引k0及其左、右相邻两个离散频率索引k0‑
1和k0+1所对应的幅度谱结果A
l
，A
m
和A
r
；提取离散频率索引k0‑
1的离散傅里叶变换和离散频率索引k0的离散傅里叶变换的比值a
l
，提取离散频率索引k0+1的离散傅里叶变换和离散频率索引k0的离散傅里叶变换的比值a
r
；步骤6：根据A
l
，A
m
，A
r
，a
l
和a
r
计算单频信号的频率相对偏差步骤7：基于插值估计，根据单频信号的频率相对偏差计算单频信号频率。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中，所述平顶窗表达式为：其中，a0＝0.2156，a1＝0.4166，a2＝0.2773，a3＝0....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘爽，岳雷，杨率帅，李超，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司七五零试验场，
类型：发明
国别省市：