短时数据相位差法测频.doc

短时数据相位差法测频王玉林,杨书玲,徐铂韬(中国电子科技集团公司第54研究所,河北石家庄050081摘要从相位差法测频的基本原理出发,考虑到直接平均相位差法不能适应低信噪比和短时数据的要求,对相位数据做解卷绕和翻转预处理,从而解决了相位跳周和频率反转的固有问题。做完预处理的相位数据,通过2种测频算法:高阶相位差法和相位加权平均法,2种算法都不会出现直接平均的数据抵消,而且充分利用了相位差信息。仿真试验表明,2种算法能适应短时数据低信噪比的要求,能应用于工程实践。关键词相位差法;加权平均相位法;相位解卷绕;阈值中图分类号 文献标识码 A 文章编号 1003-3106(200704-0048-03FrequencyMeasurementwithShortTimeDataPhaseDifferenceMethodWANGYu2lin,YANGShu2ling,XUBo2tao(The54thResearchInstituteofCETC,ShijiazhuangHebei050081,ChinaAbstract Accordingtothefundamentalprincipleoffrequencymeasurementbyphasedifferencemethod,consideringthatthedirectaveragephasedifferencemethodisnotfitforthelowsignal2to2noiseratioandshorttimesampledata,preprocessesofunwrappingandreversionareperformedforthephasedata,, phasedifferencealgorithm;weightedaveragephasemethod;phasesunwrapping;thresholdvalue收稿日期:20062112200 引言信号瞬时频率的估计是通信、雷达、声纳以及电子对抗等领域信号处理的一个重要问题。单信号快速测频算法中的常见算法有:直接相位差法、瞬时自相关法、曲线拟合法、基于三点的线性组合法以及过零检测法。简单的仿真发现直接相位差法运算简单,而且精度较高。因此从直接相位差法出发寻求一种性能良好的测频算法。1 相位差法测频信号频率是相位对时间的导数,相当于离散采样信号相邻相位点的差分运算。相位差法测频是最直接有效的测频手段,能够满足短时数据测频的要求,而且不需要做时域或频域的变换,因此能够适应瞬时测频的实时性处理。相位法测频的基本原理如下:假设正弦信号为:S(t=Acos(2πf0ti+θ0。式中,ti=nTs,n=0,1,…,N-1。于是有: θi+k=2πf0(i+kTs+θ0, θi=2πf0iTs+θ0, θi+k-θi=2πf0kTs。信号瞬时频率的估计为:f=θi+k-θi2πTsk。做一阶差分,N-1次测量结果取平均的效果为:1N-1∑fi=1N-1∑N-2i=0θi+1-θi2πTs=θN-1-θ02(N-1πTs。一阶相位差法做平均会抵消中间N-2次测量结果。 高阶相位差法测频仿真发现,差分阶次越高,测量精度越高。一阶差分会引起中间测量结果的抵消,为了尽可能地利用有限的相位数据,并尽可能提高差分阶次,在测量到N个相位数据后,做N/2阶的差分运算,频率的估计为:f ^i=θi+N/2-θi2πTs・N/2。专题技术与工程应用48 2007RadioEngineeringVo1137No14式中,i=0,…,N/2-1。若直接做平均则估计频率为:f -=∑N/2-1i=0f ^i=∑N-1i=N/2θi-∑N/2-1i=0θiNTsπ。 加权相位平均算法(Kay算法叠加复高斯白噪声的复正弦信号为:s(n=Aej(w0n+θ+zn。式中,n=0,1,2,…,N-1。采样时刻序列表示采样周期的整数倍。主要关心的参量是频率w0。zn表示测量噪声。记加权系数为:pn