單頻信號頻率估計算法的研究和硬件系統實現.pdf

1、頻率估計在實際工程中有著普遍的應用，一直以來都是數字信號處理領域的研究重點。對含有高斯白噪聲的正弦信號進行頻率估計是一項重要的基礎工作。其中，估計精度、估計范圍和計算復雜度是權衡一個頻率估計算法性能的主要指標。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算量低的顯著特點，一直受到研究人員的關注。本文針對不同形式的信號的頻率估計，進行了以下研究:
　　針對復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，根據公式推導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，得到頻率估計的結果。相比于現有的N個采樣點的頻率估計算法有更高的精度，且相比于其他復雜算法有較低的運算復雜度，相當于在精度和運算量之間做了折衷;其二是提出基于補零的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、算法進行研究。由于實正弦信號和復正弦信號具有不同的頻域特性，導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行估計，結合對復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果。仿真結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，不斷修正估計結果，最

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