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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