基于低復(fù)雜度濾波器組的頻率估計(jì)的應(yīng)用與研究.pdf

1、頻率估計(jì)是現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理的重要內(nèi)容，廣泛應(yīng)用于軍用雷達(dá)探測(cè)、生物設(shè)別、語(yǔ)音處理、地震監(jiān)測(cè)等各個(gè)領(lǐng)域，受到眾多學(xué)者的關(guān)注和重視，成為當(dāng)下的研究熱門，研究頻率估計(jì)具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。本文圍繞基于低復(fù)雜濾波器組的頻率估計(jì)進(jìn)行研究，開(kāi)展了如下工作:
　　本文首先研究了頻率估計(jì)的數(shù)學(xué)模型，這是頻率估計(jì)的理論基礎(chǔ)，在此理論基礎(chǔ)上的以DFT為例分析其用于頻率估計(jì)產(chǎn)生頻譜泄露問(wèn)題，并對(duì)頻率估計(jì)算法的性能作了研究，衡量指標(biāo)主要包括估計(jì)偏

2、差和均方誤差(MSE)，再?gòu)母怕收摰慕嵌葘?duì)參數(shù)估計(jì)的理論下限(CRB)進(jìn)行了推導(dǎo)，給出了實(shí)信號(hào)和復(fù)信號(hào)二者的頻率估計(jì)CRB，同等條件下復(fù)信號(hào)能夠得到比實(shí)信號(hào)更為精準(zhǔn)的頻率估計(jì)效果，然后從最大似然估計(jì)的角度分別對(duì)實(shí)信號(hào)和復(fù)信號(hào)的頻率估計(jì)算法進(jìn)行了推導(dǎo)，二者等效于周期圖方法。
　　接著，研究了四種經(jīng)典的頻率估計(jì)算法，主要包括基于頻域方法的Rife和SINE-ODD以及基于時(shí)域方法的Prony和SVD，其中還包括對(duì)Rife頻率細(xì)分增加其

3、DFT點(diǎn)數(shù)的RF-Rife算法和頻移半根譜線增強(qiáng)抗噪性能的IRife算法，以及對(duì)SVD增加全局最小二乘的SVD-TLS算法。給出了上述算法的理論分析、公式推導(dǎo)和性能分析，單頻信號(hào)頻率估計(jì)中SINE-ODD在超過(guò)閡值信噪比后最能夠逼近CRB，基于時(shí)域的SVD、SVD-TLS、Prony算法在多頻信號(hào)頻率估計(jì)中依然保持優(yōu)良性能。
　　然后，對(duì)多相結(jié)構(gòu)的余弦調(diào)制濾波器組(CMFB)進(jìn)行了研究，DCT調(diào)制比DFT調(diào)制的優(yōu)勢(shì)在于調(diào)制濾波器系

4、數(shù)為實(shí)系數(shù)，可以有效減少運(yùn)算量，同時(shí)CMFB的2M倍降采樣可以使得系統(tǒng)運(yùn)算量大大降低。對(duì)前人提出的三種低復(fù)雜度設(shè)計(jì)原型濾波器方法做了對(duì)比研究，主要包括基于FISTA迭代的系數(shù)稀疏法(CP)、基于SOCP的二次外插法(EIR)以及基于SOCP優(yōu)化頻罩法(FRM)，對(duì)比CP-CMFB、EIR-CMFB、FRM-CMFB三種低復(fù)雜度濾波器組的各自對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)性能，從通帶波紋、阻帶衰減、過(guò)渡帶帶寬、設(shè)計(jì)參數(shù)個(gè)數(shù)和系統(tǒng)復(fù)雜度等做出了比較。

5、>　　最后，對(duì)基于低復(fù)雜濾波器組的頻率估計(jì)做了綜合研究，濾波器組能夠運(yùn)用于802.11ac的多載波通信和數(shù)字信道化，引入SDFT技術(shù)可以有效改善濾波器組通道輸出信號(hào)信噪比惡化問(wèn)題，基于此可以完成基于濾波器組的頻率粗估計(jì)，確定信號(hào)頻率的有效范圍。對(duì)結(jié)合時(shí)域算法SVD、SVD-TLS、Prony和CMFB設(shè)計(jì)方法以及SDFT改進(jìn)通過(guò)仿真給出性能分析，基于CMFB可以有效降低系統(tǒng)復(fù)雜度同時(shí)提高頻率分辨率。結(jié)合低頻和高頻兩種應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)本文提出的