高动态低载噪比信号的频率估计算法研究

摘要

为了从高动态环境中估计出载噪比极低的目标信号的频率，国内外开展了大量的算法研究，但这些算法的关注点大都集中在对恒频信号频率的估计，应用环境的载噪比一般也在30dBHz以上，只有极少数的文献研究了载噪比为17~18dBHz的情况。本文针对极低载噪比的高动态信号，且信号频率并不单一，提出了一种捕获和拟合相结合的频率估计算法，并且保证估计的精度在5mHz内。
　　首先，本文给出了频率估计的数学模型并且推导了参数估计的理论界，给出了其闭合表达式，为以后的研究提供了理论基础。然后，本文介绍了恒频估计和变频估计的算法，针对恒频估计，主要介绍了基于FFT的频率估计算法，并且给出了不同算法的仿真性能对比；针对变频估计主要介绍了时域分析方法、基于极大似然估计和含预处理的FFT算法，仿真分析发现时域匹配周期图算法在实际中性能较优；最后，通过前面对恒频估计算法的分析，总结出了最优的恒频估计算法，并将其应用于对变频信号的估计，仿真验证了其在高载噪比时具有较好的性能；对于低载噪比高动态信号的频率估计，本文提出了新的高精度估计算法，由捕获模块和拟合模块两部分组成，捕获模块中包括两次捕获操作，主要是根据时域匹配周期图算法改进而来，通过设置递减的变化率步长，确定信号变化率的范围，最终可将其变化率降到0.1Hz/s以下，实现对信号的抓捕，同时给出了最优捕获的参数设置；拟合模块是对频率估计精度的进一步提升，将捕获得到的信号看作是恒频信号，然后采用傅里叶插值的频率估计算法进行估计和线性拟合，其中也包括两次拟合操作，最终该算法在载噪比为11dBHz以上，并且频率变化率范围为[-3kHz/s,3kHz/s]的信号中，估计精度达到5mHz的要求。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 频率估计的研究现状

1.3 本论文的研究内容和结构安排

第二章 频率估计的理论研究

2.1 频率估计问题的数学模型

2.2 Cramer-Rao性能界(CRB)

2.3小结

第三章 恒频信号和变频信号频率估计算法研究

3.1 恒定频率估计算法

3.2 高动态信号频率粗捕获算法研究

3.3小结

第四章 新的高动态频率估计算法研究

4.1 高载噪比高动态信号频率估计新算法

4.2 低载噪比高动态信号频率估计新算法

4.3本章小结

第五章 结论与展望

5.1论文研究总结

5.2展望

参考文献

致谢

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