第1章 绪论 1
1.1 背景及意义 1
1.2 频率估计基本方法 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 黄金分割法 4
1.2.6 三角形法 5
1.2.7 DTFT法 5
1.2.8 全相位法 6
1.2.9 最大熵谱法 7
1.3 时变信号频率跟踪方法 7
1.3.1 Wigner-Ville分布法 8
1.3.2 短时傅里叶变换法 9
1.3.3 小波变换法 10
1.3.4 Radon-Wigner变换法 11
1.3.5 分数阶傅里叶变换法 12
1.3.6 局域波分解法 13
1.3.7 自适应陷波器法 14
1.4 短时信号频率估计方法 19
1.4.1 相干平均法 20
1.4.2 频谱平均法 20
1.4.3 相位相关法 21
1.4.4 相位积累法 21
1.4.5 卡布分布法 21
1.4.6 多段信号频谱融合法 22
1.5 端频信号频率估计方法 22
1.5.1 CZT法 23
1.5.2 Zoom-FFT法 23
1.5.3 FFT＋FT法 25
1.5.4 牛顿法 26
1.5.5 Goetzel细化法 26
1.5.6 频率抽取法 27
1.5.7 相位补偿细化法 27
1.5.8 频域增采样内插法 28
1.5.9 基于小波变换的频谱细化法 29
1.6 本书内容与组织 30
1.7 小结 31
第2章 短时信号频率估计的频谱融合方法 32
2.1 信号模型 32
2.1.1 多段信号概念 32
2.1.2 多段信号获取 32
2.2 频谱融合原理 35
2.2.1 邻近频率信号对短时信号频率估计的影响 36
2.2.2 现有信号分解结构 37
2.2.3 异频域信号分解结构 39
2.3 频谱融合法 41
2.3.1 异频修正矩阵设计 42
2.3.2 最优加权融合频谱生成 44
2.3.3 频域相关性分析 46
2.3.4 相关谱峰值搜索 47
2.4 频谱融合快速算法 47
2.4.1 DTFT快速算法设计 48
2.4.2 加权融合频谱矩阵降维处理 50
2.4.3 算法计算量分析 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 关键技术 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 关键技术 67
2.6.3 算法流程及计算量分析 73
2.7 实验验证 76
2.7.1 信噪比变化条件下的实验验证 76
2.7.2 各单段信号采样点数不等条件下的实验验证 79
2.7.3 多段信号采样点数变化条件下的实验验证 80
2.7.4 信号频率变化条件下的实验验证 81
2.7.5 采样频率变化条件下的实验验证 82
2.8 小结 83
第3章 端频信号频率估计的计及负频率方法 84
3.1 频谱分析中的负频率影响 84
3.2 计及负频率的端频信号离散频谱校正方法 85
3.2.1 极端低频信号的离散频谱校正方法 85
3.2.2 极端高频信号的离散频谱校正方法 90
3.2.3 实验验证 94
3.3 基于FFT的端频信号相位差估计方法 97
3.3.1 FFT法测量原理及误差分析 97
3.3.2 加矩形窗的相位差计算公式 102
3.3.3 加汉宁窗的相位差计算公式 104
3.3.4 实验验证 105
3.4 基于余弦窗DTFT的端频信号相位差估计方法 109
3.4.1 DTFT法测量原理及误差分析 109
3.4.2 加矩形窗的相位差计算公式 113
3.4.3 加汉宁窗的相位差计算公式 115
3.4.4 滑动DTFT递推算法 116
3.4.5 实验验证 118
3.5 基于卷积窗DTFT的端频信号相位差估计方法 122
3.5.1 卷积窗的构造及特点 123
3.5.2 加2阶卷积窗的相位差计算公式 124
3.5.3 加4阶卷积窗的相位差计算公式 126
3.5.4 实验验证 127
3.6 小结 130
第4章 时变频率估计的自适应陷波器方法 131
4.1 ANF频率估计原理 131
4.2 典型ANF频率估计方法及性能分析 132
4.2.1 误差函数分析 132
4.2.2 FIR-ANF性能分析 134
4.2.3 IIR-ANF性能分析 136
4.2.4 实验验证 139
4.3 联合误差ANF的频率估计法及性能分析 146
4.3.1 间接型联合误差ANF频率估计 146
4.3.2 直接型联合误差ANF频率估计 154
4.3.3 离散卡尔曼滤波 162
4.3.4 实验验证 163
4.4 基于Steiglitz-McBride系统辨识的自适应陷波器方法 170
4.4.1 用于陷波器辨识的SMM方法 170
4.4.2 SMM-ANF法 172
4.4.3 实验验证 173
4.5 反馈修正自适应陷波器法 174
4.5.1 不完全收敛问题 174
4.5.2 反馈修正策略 175
4.5.3 频率估计精度评估 175
4.5.4 方法流程 176
4.5.5 实验验证 177
4.6 小结 178
第5章 瞬时频率估计与VCO非线性度检测 179
5.1 自适应窗长的PWVD瞬时频率估计法 179
5.1.1 窗长对PWVD瞬时频率估计的影响 179
5.1.2 窗长选择的基本思想 180
5.1.3 方法流程 181
5.1.4 实验验证 182
5.2 基于FrFT的瞬时频率估计法 186
5.2.1 参数设置 187
5.2.2 求中间点频率 187
5.2.3 中间点频率插值 188
5.2.4 最佳分数阶比的搜索 188
5.2.5 方法流程 190
5.2.6 实验验证 190
5.3 基于SVD的非平稳信号重叠分段降噪算法 193
5.3.1 基于SVD的平稳信号降噪原理分析 194
5.3.2 算法基本思想 194
5.3.3 算法实现步骤 195
5.3.4 算法流程 196
5.3.5 参数变化影响分析 196
5.3.6 实验验证 201
5.4 VCO非线性度检测应用 203
5.4.1 实验背景 203
5.4.2 实验步骤 204
5.4.3 相同非线性度不同信噪比下的实验 205
5.4.4 相同信噪比不同非线性度下的实验 207
5.5 小结 208
第6章 LFMCW雷达测距应用 209
6.1 LFMCW雷达测距实验系统 209
6.1.1 测距原理 209
6.1.2 系统构成 213
6.1.3 工作流程 217
6.2 多段信号频谱融合法应用 219
6.2.1 实验方案 219
6.2.2 实验步骤 220
6.2.3 结果与分析 220
6.3 交叉信息融合法应用 230
6.3.1 实验方案和步骤 230
6.3.2 结果与分析 230
6.4基于FPGA的测距方法实现 239
6.4.1 基于Rife和Jacobsen测频组合的测距方法及应用 239
6.4.2 基于分段双线幅度测距方法及应用 253
6.5 小结 272
第7章 科里奥利质量流量计应用 273
7.1 科氏流量计实验系统 273
7.1.1 科氏流量计原理 273
7.1.2 实验系统构成 275
7.1.3 实验操作流程 277
7.2 科氏流量计实测信号分析 278
7.3 频率估计方法应用 280
7.4 相位差估计方法应用 283
7.5 基于DSP的科氏流量计变送器设计与实现 294
7.5.1 科氏流量计变送器实现方法综述 294
7.5.2 功能设计 297
7.5.3 硬件设计与实现 297
7.5.4 软件设计与实现 305
7.6 小结 308
参考文献 309