單頻信號頻率估計算法的研究和硬件系統(tǒng)實現(xiàn).pdf

1、頻率估計在實際工程中有著普遍的應(yīng)用，一直以來都是數(shù)字信號處理領(lǐng)域的研究重點。對含有高斯白噪聲的正弦信號進(jìn)行頻率估計是一項重要的基礎(chǔ)工作。其中，估計精度、估計范圍和計算復(fù)雜度是權(quán)衡一個頻率估計算法性能的主要指標(biāo)。正弦信號頻率估計算法主要可以分為時域算法和頻域算法兩大類。而基于DFT的頻域的算法由于其運(yùn)算量低的顯著特點，一直受到研究人員的關(guān)注。本文針對不同形式的信號的頻率估計，進(jìn)行了以下研究:
　　針對復(fù)正弦信號的頻率估計算法的研究。

2、本文提出兩種新的估計算法:其一是提出基于N點采樣信號插值DFT的算法，根據(jù)公式推導(dǎo)出兩種不同適用范圍的頻率估計方法，利用門限選擇合適的估計方法，得到頻率估計的結(jié)果。相比于現(xiàn)有的N個采樣點的頻率估計算法有更高的精度，且相比于其他復(fù)雜算法有較低的運(yùn)算復(fù)雜度，相當(dāng)于在精度和運(yùn)算量之間做了折衷;其二是提出基于補(bǔ)零的2N點的頻率估計算法，該算法有較高的估計精度，而且可通過迭代計算的方法進(jìn)一步提高算法的估計精度。
　　針對實正弦信號的頻率估計

3、算法進(jìn)行研究。由于實正弦信號和復(fù)正弦信號具有不同的頻域特性，導(dǎo)致對這兩種信號頻率估計的算法不盡相同，并不通用。對此我們采用一種獨(dú)立估計迭代相減策略，通過迭代計算，分別對信號的頻率和幅度進(jìn)行估計，結(jié)合對復(fù)正弦信號頻率估計研究中得到的估計算法，來得到最終的頻率估計結(jié)果。仿真結(jié)果顯示該算法估計精確，性能穩(wěn)定。本文還對含有二次諧波的正弦信號進(jìn)行頻率估計算法的研究，采用一種迭代去干擾策略，在迭代過程中分別估計信號的頻率和幅值，不斷修正估計結(jié)果，最

4、終得到主頻率的估計結(jié)果。本文還針對幅度存在差異、相位不嚴(yán)格正交的正交信號進(jìn)行頻率估計工作。經(jīng)過計算，對于這兩種信號的頻率估計可以結(jié)合對于實正弦信號、含諧波正弦信號的估計算法思想，迭代完成對頻率的準(zhǔn)確估計。
　　對于正交正弦信號的頻率估計算法的FPGA實現(xiàn)。本文完成了算法的整體流程設(shè)計、功能模塊的設(shè)計和整體仿真、數(shù)字電路器件的選型和電路設(shè)計等工作，完成了算法在FPGA中的實現(xiàn)。實驗結(jié)果表明，該算法對正交正弦信號的頻率估計有著較好的估