複雜信號的頻率估計方法及套用

《複雜信號的頻率估計方法及套用》是2016年8月國防工業出版社出版的圖書，作者是塗亞慶、楊輝躍、張海濤、肖瑋、劉良兵。

基本介紹

• 中文名：複雜信號的頻率估計方法及套用
• 作者：塗亞慶、楊輝躍、張海濤、肖瑋、劉良兵
• 出版時間：2016年8月
• 出版社：國防工業出版社
• 頁數：329 頁
• ISBN：9787118107777
• 定價：109 元
• 開本：16 開
• 裝幀：精裝
• 版次：1-1
• 千字數：416

內容簡介

頻率估計作為數位訊號處理的重要組成部分，在航空航天、生物醫學、通信工程、雷達探測、故障診斷和儀器儀表等眾多領域有著廣泛套用。紛繁複雜的套用環境中，信號頻率呈現出非線性、非平穩、瞬態性和極端化等特徵，針對複雜信號頻率估計方法開展研究是現實需求和技術發展的必然趨勢。本書總結作者團隊多年研究成果，深入探討了複雜信號頻率估計的基礎理論、技術方法及實際套用。首先，簡述了複雜信號頻率估計研究的背景與意義，分析了現有典型頻率估計方法；然後，系統深入地重點論述了短時信號頻率估計的頻譜融合方法、端頻信號頻率估計的計及負頻率方法、時變頻率估計的自適應陷波器方法、瞬時頻率估計方法與VCO 非線性度檢測；最後，將複雜信號頻率估計方法套用於線性調頻連續波雷達和科里奧利質量流量計兩類典型儀表與裝置，詳細分析了各種條件的比較實驗結果和套用驗證效果。本書特色鮮明，內容新穎，深入淺出，理論聯繫實際，可供從事數位訊號處理理論與方法研究和頻率估計方法與套用技術研究的科技工作者閱讀與參考，也可作為高等院校有關專業研究生和高年級本科生的課程教材與參考書。

圖書目錄

第1 章緒論 1

1. 1背景及意義 1

1. 2頻率估計基本方法 2

1. 2. 1能量重心法 2

1. 2. 2相位差法 3

1. 2. 3幅度比值法 3

1. 2. 4分段 FFT 法 4

1. 2. 5黃金分割法 4

1. 2. 6三角形法 5

1. 2. 7DTFT 法 5

1. 2. 8全相位法 6

1. 2. 9最大熵譜法 7

1. 3時變信號頻率跟蹤方法 7

1. 3. 1Wigner － Ville 分布法 8

1. 3. 2短時傅立葉變換法 9

1. 3. 3小波變換法 10

1. 3. 4Radon －Wigner 變換法 11

1. 3. 5分數階傅立葉變換法 12

1. 3. 6局域波分解法 13

1. 3. 7自適應陷波器法 14

1. 4短時信號頻率估計方法 19

1. 4. 1相干平均法 20

1. 4. 2頻譜平均法 20

1. 4. 3相位相關法 21

1. 4. 4相位積累法 21

1. 4. 5卡布分布法 21

1. 4. 6多段信號頻譜融合法 22

1. 5端頻信號頻率估計方法 22

1. 5. 1CZT 法 23

1. 5. 2Zoom － FFT 法 23

1. 5. 3FFT + FT 法 25

1. 5. 4牛頓法 26

1. 5. 5Goertzel 細化法 26

1. 5. 6頻率抽取法 27

1. 5. 7相位補償細化法 27

1. 5. 8頻域增採樣內插法 28

1. 5. 9基於小波變換的頻譜細化法 29

1. 6本書內容與組織 30

1. 7小結 31

第2 章短時信號頻率估計的頻譜融合方法 32

2. 1信號模型 32

2. 1. 1多段信號概念 32

2. 1. 2多段信號獲取 32

2. 2頻譜融合原理 35

2. 2. 1鄰近頻率信號對短時信號頻率估計的影響 36

2. 2. 2現有信號分解結構 37

2. 2. 3異頻域信號分解結構 39

2. 3頻譜融合法 41

2. 3. 1異頻修正矩陣設計 42

2. 3. 2最優加權融合頻譜生成 44

2. 3. 3頻域相關性分析 46

2. 3. 4相關譜峰值搜尋 47

2. 4頻譜融合快速算法 47

2. 4. 1DTFT 快速算法設計 48

2. 4. 2加權融合頻譜矩陣降維處理 50

2. 4. 3算法計算量分析 51

2. 5交叉信息融合法 53

2. 5. 1方法原理 53

2. 5. 2交叉信息融合 54

2. 5. 3關鍵技術 58

2. 6交叉信息融合快速算法 67

2. 6. 1基本思想 67

2. 6. 2關鍵技術 67

2. 6. 3算法流程及計算量分析 73

2. 7實驗驗證 76

2. 7. 1信噪比變化條件下的實驗驗證 76

2. 7. 2各單段信號採樣點數不等條件下的實驗驗證 79

2. 7. 3多段信號採樣點數變化條件下的實驗驗證 80

2. 7. 4信號頻率變化條件下的實驗驗證 81

2. 7. 5採樣頻率變化條件下的實驗驗證 82

2. 8小結 83

第3 章端頻信號頻率估計的計及負頻率方法 84

3. 1頻譜分析中的負頻率影響 84

3. 2計及負頻率的端頻信號離散頻譜校正方法 85

3. 2. 1極端低頻信號的離散頻譜校正方法 85

3. 2. 2極端高頻信號的離散頻譜校正方法 90

3. 2. 3實驗驗證 94

3. 3基於 FFT 的端頻信號相位差估計方法 97

3. 3. 1FFT 法測量原理及誤差分析 97

3. 3. 2加矩形窗的相位差計算公式 102

3. 3. 3加漢寧窗的相位差計算公式 104

3. 3. 4實驗驗證 105

3. 4基於餘弦窗 DTFT 的端頻信號相位差估計方法 109

3. 4. 1DTFT 法測量原理及誤差分析 109

3. 4. 2加矩形窗的相位差計算公式 113

3. 4. 3加漢寧窗的相位差計算公式 115

3. 4. 4滑動 DTFT 遞推算法 116

3. 4. 5實驗驗證 118

3. 5基於卷積窗 DTFT 的端頻信號相位差估計方法 122

3. 5. 1卷積窗的構造及特點 123

3. 5. 2加2 階卷積窗的相位差計算公式 124

3. 5. 3加4 階卷積窗的相位差計算公式 126

3. 5. 4實驗驗證 127

3. 6小結 130

第4 章時變頻率估計的自適應陷波器方法 131

4. 1ANF 頻率估計原理 131

4. 2典型 ANF 頻率估計方法及性能分析 132

4. 2. 1誤差函式分析 132

4. 2. 2FIRANF 性能分析 134

4. 2. 3IIRANF 性能分析 136

4. 2. 4實驗驗證 139

4. 3聯合誤差 ANF 的頻率估計法及性能分析 146

4. 3. 1間接型聯合誤差 ANF 頻率估計 146

4. 3. 2直接型聯合誤差 ANF 頻率估計 154

4. 3. 3離散卡爾曼濾波 162

4. 3. 4實驗驗證 163

4. 4基於 Steiglitz － McBride 系統辨識的自適應陷波器方法 170

4. 4. 1用於陷波器辨識的 SMM 方法 170

4. 4. 2SMM － ANF 法 172

4. 4. 3實驗驗證 173

4. 5反饋修正自適應陷波器法 174

4. 5. 1不完全收斂問題 174

4. 5. 2反饋修正策略 175

4. 5. 3頻率估計精度評估 175

4. 5. 4方法流程 176

4. 5. 5實驗驗證 177

4. 6小結 178

第5 章瞬時頻率估計與 VCO 非線性度檢測 179

5. 1自適應窗長的 PWVD 瞬時頻率估計法 179

5. 1. 1窗長對 PWVD 瞬時頻率估計的影響 179

5. 1. 2窗長選擇的基本思想 180

5. 1. 3方法流程 181

5. 1. 4實驗驗證 182

5. 2基於 FrFT 的瞬時頻率估計法 186

5. 2. 1參數設定 187

5. 2. 2求中間點頻率 187

5. 2. 3中間點頻率插值 188

5. 2. 4最佳分數階比的搜尋 188

5. 2. 5方法流程 190

5. 2. 6實驗驗證 190

5. 3基於 SVD 的非平穩信號重疊分段降噪算法 193

5. 3. 1基於 SVD 的平穩信號降噪原理分析 194

5. 3. 2算法基本思想 194

5. 3. 3算法實現步驟 195

5. 3. 4算法流程 196

5. 3. 5參數變化影響分析 196

5. 3. 6實驗驗證 201

5. 4VCO 非線性度檢測套用 203

5. 4. 1實驗背景 203

5. 4. 2實驗步驟 204

5. 4. 3相同非線性度不同信噪比下的實驗 205

5. 4. 4相同信噪比不同非線性度下的實驗 207

5. 5小結 208

第6 章LFMCW 雷達測距套用 209

6. 1LFMCW 雷達測距實驗系統 209

6. 1. 1測距原理 209

6. 1. 2系統構成 213

6. 1. 3工作流程 217

6. 2多段信號頻譜融合法套用 219

6. 2. 1實驗方案 219

6. 2. 2實驗步驟 220

6. 2. 3結果與分析 220

6. 3交叉信息融合法套用 230

6. 3. 1實驗方案和步驟 230

6. 3. 2結果與分析 230

6. 4基於 FPGA 的測距方法實現 239

6. 4. 1基於 Rife 和 Jacobsen 測頻組合的測距方法及套用 239

6. 4. 2基於分段雙線幅度測距方法及套用 253

6. 5小結 272

第7 章科里奧利質量流量計套用 273

7. 1科氏流量計實驗系統 273

7. 1. 1科氏流量計原理 273

7. 1. 2實驗系統構成 275

7. 1. 3實驗操作流程 277

7. 2科氏流量計實測信號分析 278

7. 3頻率估計方法套用 280

7. 4相位差估計方法套用 283

7. 5基於 DSP 的科氏流量計變送器設計與實現 294

7. 5. 1科氏流量計變送器實現方法綜述 294

7. 5. 2功能設計 297

7. 5. 3硬體設計與實現 297

7. 5. 4軟體設計與實現 305

7. 6小結 308

參考文獻 309