本发明专利技术公开了一种强噪声干扰下的欠采样波形的频率估计方法及其装置，方法包括：对含有噪声干扰的高频信号进行L路低速采样，得到L路采样信号；分别对L路采样信号做采样频率fsi点的FFT变换；利用L路FFT频谱分布特征，分别提取幅度谱峰值位置对应的频率作为各路含噪余数的输出；利用各路的采样速率和筛选出的误差余数，结合低信噪比情况下改进的中国余数定理，得到原高频信号的频率估计。装置包括：获取模块、变换模块、提取模块和频率估计模块，以及用于输出的输出驱动及显示电路。本发明专利技术实现了对高频信号进行多路欠采样后的频率测量，在低信噪比情况下，提高欠采样信号频率估计的抗噪声鲁棒性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数字信号处理领域，尤其涉及一种强噪声干扰下的欠采样波形的频率 估计方法及其装置，具体涉及对强噪声干扰下的高频信号进行多路欠采样后，利用样本进 行余数检错并对高频信号的频率进行高精度测量的方法。
技术介绍
工程领域中广泛存在高频信号的频率估计与检测问题，如文献 中雷达通 信到达信号的解相及传感器网络中的阵列信号处理问题等。奈奎斯特采样定理要求一个信 号周期内需采到2个以上样点，然而在无线电工程等领域，对高频率值信号的处理越来越 普遍。随着信号频率升高，必然对模数转换器（Analogto Digital Converter, ADC)的转换 速率、功耗以及硬件成本提出更高的要求，甚至物理上该高性能模数转换器是不可实现的。 只靠单纯地改进硬件设备的数据采样性能，对于高分辨率地识别出高频信号频率的作用是 非常有限的。因此，必须引入新的信号处理和数字谱分析方法，才能很好地解决该问题。 中国余数定理M (Chinese Remainder Theorem，CRT)是现有的解决欠采样波形 (即采样速率fs远小于2倍的信号频率f。）的高精度频率估计问题的一种有效方法。它解 决的是：为重构某一未知整数N，利用一组相互之间满足互素关系的整数模值=M 1，…， 未知整数N模除模值Mi后相对应的余数r ;(即满足!Ti= N mod M ;，i = 1，…，L)来估计出 N。该方法广泛用于各种欠采样频率估计问题，如密码学和信道编码等。 然而，CRT对余数误差特别敏感，极小的余数误差都会使得恢复的数与原来的数相 差很大。为了克服这一缺陷，近年来，许多学者对传统的CRT重构算法提出了许多改进，出 现了很多新的成果。 为了提高噪声干扰情况下的CRT重构算法的鲁棒性，文献 提出了余数数目 冗余方法（Remainder Number Redundancy method)，该方法从L个互素的模值中取出K (K < L)个来重构N(N_< M p My Mk)，且允许冗余的（L-K)个余数出现较大误差；文献 提出了余数冗余方法（Remainder Redundancy method)，该方法假设所有模值吣~ Ml的最大公约数为大于1的M。 当N_< 1cm (M1, M2,…，MJ ( '1cm'表示取最小公倍数操作）且所有余数误差范 围不超过最大公约数的四分之一（即M/4)时，则恢复出的N的误差也会被控制在（M/4)以 内。第一种方法适合用于信道编码（channel coding);第二种方法适用于噪声干扰下的信 号处理应用，如雷达信号处理等。文献提出了基于搜索的CRT算法，该算法利用余数之 间的差分运算来重构N。但该算法是一个二维的搜索，运算量相当大。为了减少繁重的运 算，文献提出了快速搜索算法，大大降低了运算量。但该算法的运算量与所取模的个数 以及模的大小都有关。当所取模的个数较多或数值较大时，都会使得搜索量加大。 文献提出了一种鲁棒的闭合解析形式的CRT重构方法，进一步放宽对模数 Mi~互素的限制，允许其最大公约数为M且M > 1，该方法对余数误差有很高的鲁棒性， 重构结果精度高，该文献还进一步拓宽了 CRT算法的重构范围，将传统的CRT整数重构领域 拓展到了实数重构领域。 但是以上CRT方法中要求余数误差严格控制在M/4以内。在强噪声干扰条件下， 某些余数会存在较大偏差，有时会超过M/4,此时重构结果误差较大，闭式CRT失效，不适于 强噪声干扰下的频率估计。 参考文献 Wang G，Xia X G，Chen V C. Detection，location，and imaging of fast moving targets using multifrequency antenna array SAR. Aerospace and Electronic Systems, IEEE Transactions on，2004,40 (I):345-355. Authors ILA generalized Chinese remainder theorem for residue sets with errors and its application in frequency determination from multiple sensors with low sampling rates. Signal Processing Letters IEEE，2005, 12(11) :768-71. Goldreich 0, Ron D，Sudan M. Chinese remaindering with errors . Information Theory IEEE Transactions on，1999,46 (4):225-234. Guruswami，Venkatesan，Sahai，Amit，Sudan，Madhu. "Soft-decisi on"decoding of Chinese remainder codes//Foundations of Computer Science,Proceedings, Annual Symposium on. IEEE,2000:159-168. DOI:10. 1109/ SFCS. 2000. 892076. Li X，Liang Hj Xia X G. A robust Chinese remainder theorem with its applications in frequency estimation from undersampled waveforms . IEEE Transactions on Signal Processing,2009, 57(11) :4314-22. Li G，Meng Hj Xia X G，et al. Range and velocity estimation of moving targets using multiple stepped-frequency pulse trains. Sensors，2008, 8 (2) : 1343-1350. Xia X G，Wang G. Phase Unwrapping and A Robust Chinese Remainder Theorem . Signal Processing Letters IEEE,2007,14(4):247-50. Goh V TjSiddiqi M U. Multiple error detection and correction based on redundant resid ue number systems . Communications IEEE Transactions on，2008, 56(3) :325-30. Li Xj Xia X G. A fast robust Chinese remainder theorem based phase unwrapping algorithm · IEEE SignalProcessingLettersj 2008本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种强噪声干扰下的欠采样波形的频率估计方法，其特征在于，所述频率估计方法包括以下步骤：对含有噪声干扰的高频信号进行L路低速采样，得到L路采样信号；分别对L路采样信号做采样频率fsi点的FFT变换；利用L路FFT频谱分布特征，分别提取幅度谱峰值位置对应的频率作为各路含噪余数的输出；利用各路的采样速率和筛选出的误差余数，结合低信噪比情况下改进的中国余数定理，得到原高频信号的频率估计。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄翔东，白瑞朋，靳旭康，吕卫，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。