基于离散chirp傅里叶变换的频率估计算法

离散信号的频率计算离散信号的频率计算离散信号是数字信号的一种，其频率计算是数字信号处理中的重要部分。

在如今广泛使用的数字通信、音频处理以及图像处理等领域中，离散信号的频率计算显得尤为重要。

本文将介绍离散信号的频率计算方法。

一、时域离散信号时域离散信号是在时域上离散的，通常使用序列来表示。

其中，序列的值表示离散信号在时域上的取值，而序列的下标则表示该取值对应的时刻。

例如，我们可以通过以下序列表示一个3 Hz频率的离散信号：x(n) = sin(2π/10 * 3n)其中，n表示序列的下标，而sin(2π/10 * 3n)则表示在时刻n处离散信号的取值。

二、离散傅里叶变换（DFT）离散傅里叶变换是一种将时域信号转换为频域信号的方法，其公式如下：X(k) = Σ(x(n) * e^(-j*2πnk/N))其中，k表示频域的下标，N表示序列中的元素个数，e变量为自然对数e的底数，j为虚数单位。

X(k)表示在频域中的取值，而x(n)则表示在时域中的取值。

三、频率计算通过傅里叶变换后，可以得到序列在频域中的取值，其中，取值大小与原序列的振幅有关，而取值位置则与原序列的频率有关。

通过傅里叶变换后，我们可以使用以下公式计算离散信号的频率：f = k * fs/N其中，k为频域的下标，fs为采样频率，N为序列中的元素个数。

通过以上公式可以得到该离散信号的频率为：f = 3 * 1000/10 = 300 Hz四、总结离散信号的频率计算是数字信号处理中的重要内容，通过离散傅里叶变换可以将时域信号转换为频域信号，再通过计算可以得到该离散信号的频率。

在实际应用中，需要对采样频率、序列个数等进行合理选择，从而得到更加准确的频率计算结果。

离散傅⾥叶变换应⽤与计算离散傅⾥叶变换应⽤与计算1 离散傅⾥叶变换基本原理与计算1822年，法国⼯程师傅⾥叶(Fourier)指出，任意⼀个函数X(t)均可分解为⽆穷多个不同频率正弦信号的和，这即是谐波分析的基本概念。

在数字计算机时代，模拟信号所携带的信息均被处理为基于0和1的⼆值离散数据。

模拟信号通过A／D变换为离散的数字信号。

连续函数X(t)因此被抽样为离散的有限长序列X(nT s) (n=0，1，2，…，N-1,T s为采样周期)。

离散傅⾥叶变换(DFT)将离散的时域信号X(nT s)与离散的频率点结合，使谱分析得以在数字计算机上实现。

根据DFT理论，X(t)的N个抽样点的频谱为：其中：，n=0，1，2，…，N-1；k=0，1，2，…，N-1。

通常，为应⽤DFT的快速算法(快速傅⾥叶变换，FFT)，N取值为2的整数次幂。

式(1)的处理结果为复数，在绘制信号频谱时需进⾏相应的取模运算；另外，为使频谱图直观，通常还会采⽤半对数图。

2 离散傅⾥叶级数（DFS）的应⽤离散傅⾥叶变换是信号系统中频谱分析最常⽤的⽅法，基于离散傅⾥叶变换插值的⽅法测量信号频率，在采样率较低的情况下仍然有较好的精度，在提⾼采样率或增加采样点数的情况下，频率分辨精度能进⼀步提⾼，采⽤滤波和加窗的⽅法能更好地避免插值⽅向错误，该⽅法具有计算简单、速度快、精度⾼等特点[1]。

在电⼒系统发展中，⼀般的感应式电能表准确度只能达到2.0级或1.0级，⽽且功能单⼀，已经不能适应现代电能管理的要求。

在现阶段的电量测量仪表中，越来越多的采⽤交流采样技术。

交流采样技术是将被测电流、电压直接送⼊数据采集装置，在装置中使⽤精密电流、电压互感器将其变成⼩电流(或低电压)，通过A／D转换和CPU计算得到电流、电压的有效值、有功功率、⽆功功率、有功电度和⽆功电度等参数。

其中傅⽴叶变换法可以计算出各次谐波的参数值，总的电参数由各次谐波分量求出，具有很强的滤波功能[2]。

傅里叶变换求频率傅里叶变换是一种数学工具，用于将一个信号分解成不同频率的正弦和余弦波。

这个工具在信号处理、图像处理、音频处理等领域中广泛应用。

在本文中，我们将探讨如何使用傅里叶变换来求解频率。

我们需要了解什么是频率。

频率是指在单位时间内发生的周期性事件的次数。

在信号处理中，频率通常用赫兹（Hz）来表示。

例如，一个周期为1秒的信号的频率为1 Hz，一个周期为0.5秒的信号的频率为2 Hz。

傅里叶变换可以将一个信号分解成不同频率的正弦和余弦波。

这个过程可以用数学公式来表示。

假设我们有一个信号f(t)，它的傅里叶变换F(ω)可以表示为：F(ω) = ∫f(t)e^(-iωt)dt其中，ω是角频率，e是自然对数的底数，i是虚数单位。

这个公式的意思是，我们将信号f(t)乘以一个复数e^(-iωt)，然后对整个信号进行积分。

这个积分的结果就是信号在频率为ω的正弦和余弦波上的投影。

为了更好地理解这个公式，我们可以将其分解成实部和虚部。

具体来说，我们可以将e^(-iωt)表示为cos(ωt) - i sin(ωt)，然后将F(ω)表示为F(ω) = A(ω) + iB(ω)，其中A(ω)和B(ω)分别表示信号在频率为ω的正弦和余弦波上的投影。

这样，我们就可以将傅里叶变换看作是将信号分解成不同频率的正弦和余弦波的过程。

在实际应用中，我们通常使用快速傅里叶变换（FFT）来计算傅里叶变换。

FFT是一种高效的算法，可以在较短的时间内计算出信号的傅里叶变换。

使用FFT求解频率的过程通常包括以下几个步骤：1. 将信号转换为数字信号。

这个过程通常称为采样。

我们需要将连续的信号转换为离散的信号，以便计算机可以处理。

2. 对数字信号进行FFT计算。

这个过程可以使用现成的FFT库来实现。

3. 找到傅里叶变换中幅度最大的频率。

这个频率就是信号的主频率。

4. 根据主频率计算信号的周期。

周期可以用公式T = 1/f来计算，其中f是主频率。

离散傅里叶变换频率范围-回复离散傅里叶变换（Discrete Fourier Transform，DFT）是一种重要的信号处理技术，用于将离散信号转换成连续频率域上的频率谱。

在理解离散傅里叶变换的频率范围之前，我们需要先了解离散傅里叶变换的基本原理和公式。

离散傅里叶变换公式可以表示为：X(k) = \sum_{n=0}^{N-1} x(n)e^{-i\frac{2\pi}{N}kn}其中，x(n) 是输入信号序列的第n个样本，N 是输入信号序列的长度，X(k) 是变换结果的第k个频谱分量，k 是频谱分量的索引。

根据这个公式，我们可以看出离散傅里叶变换的频率范围与输入信号序列的长度有关。

对于给定的输入信号序列长度N，离散傅里叶变换的频率范围可以通过以下步骤推导得到：步骤1：计算采样频率首先，我们需要知道输入信号序列是以多高的频率进行采样的。

设采样频率为F_s。

步骤2：计算单位频率分辨率离散傅里叶变换的频率分辨率由采样频率和输入信号序列的长度决定。

单位频率分辨率df 可以通过下式计算得到：df = \frac{F_s}{N}单位频率分辨率表示傅里叶变换中相邻频率分量之间的间隔。

步骤3：计算最大表示频率离散傅里叶变换的频率范围是从0 Hz到采样频率的一半（F_s/2）。

这是因为按照奈奎斯特采样定理，采样频率的一半是信号能够准确表示的最大频率。

步骤4：计算频谱分量索引和对应的实际频率根据上述步骤，我们可以得到离散傅里叶变换的频率范围。

频谱分量索引k 从0到N-1。

对应的实际频率F(k) 可以通过以下公式计算得到：F(k) = k \cdot df其中，k 为索引，df 为单位频率分辨率。

通过以上步骤，我们可以得到离散傅里叶变换的频率范围。

最低的频率分量是0 Hz，对应于k=0。

最高的频率分量是F_s/2，对应于k=N/2。

其他的频率分量则均匀地分布在这两个边界之间。

需要注意的是，由于离散傅里叶变换是基于周期信号的，所以在离散信号中，频谱是以周期性的方式重复出现的。

一种基于Chirp Z变换的高效LFM信号参数估计方法
熊坤来;崔波
【期刊名称】《电子对抗》
【年(卷),期】2010(000)003
【摘要】针对传统线性调频信号参数估计算法要么计算量大,要么估计精度差的问题,文章提出了一种基于ChirpZ变换的高效估计方法。

首先利用时延相关得到瞬时自相关序列,并作FFT粗略得出峰值频率,然后用ChirpZ变换局部细化频谱得到调频斜率估计值,再用此估计值解调原序列获取起始频率估计值。

该方法在运算量增加不大的情况下,大大提高了参数估计精度。

理论分析和仿真结果都表明该方法行之有效。

【总页数】5页(P22-25,49)
【作者】熊坤来;崔波
【作者单位】电子工程学院,合肥230037
【正文语种】中文
【中图分类】TN958
【相关文献】
1.一种基于Hilbert和Chirp—Z变换闪变测量的改进方法 [J], 帅旗;金颖
2.一种基于Chirp-Z变换的闪变测量方法 [J], 李和明;康伟;颜湘武;张丽霞
3.一种高效的LFM信号参数估计方法及性能分析 [J], 周良臣;杨建宇;唐斌
4.一种基于高效FrFT的LFM信号检测与参数估计快速算法 [J], 黄响;唐世阳;张林
让;谷亚彬
5.基于Chirp-Fourier变换的LFM信号的参数估计 [J], 于凤芹;陈光化;曹家麟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

摘要线性调频信号即LFM信号是一种在雷达，通信，声纳，地震探测等领域中有着重要作用的非平稳信号。

因为LFM信号是一种非平稳信号，对它进行参数估计会比较复杂，现在的处理方法大多是使用时频面上的二维峰值搜索。

分数阶傅里叶变换是时频变换中的一种，因为它在处理多分量LFM信号时不会产生交叉项，所以在LFM信号的参数估计中得到了广泛的应用。

本文首先介绍了分数阶傅里叶变换的基本定义及性质，然后介绍了变换的离散算法中的采样型算法，即Ozaktas采样型算法和Pei采样型算法，并使用这两种算法在matlab上进行了LFM信号参数估计的仿真实验。

在论文的安排上，首先介绍了题目的背景和所做的工作；然后，介绍了离散分数阶傅里叶变换的定义及计算过程，还有使用这些算法进行参数估计时的计算方法；之后，讲述了的仿真过程和结果；最后，对实验结果进行了分析和主观评估。

关键词：分数阶傅里叶变换；线性调频信号；参数估计；离散算法AbstractThe LFM signal is a kind of non-stationary signal ,which plays an important role in the field of radar, communication, sonar, seismic detection etc.Because of LFM signal is a nonstationary signal, so the parameter estimation for it is more complex. now most of the method to estimation it parameter,is two-dimensional peak search on ime-frequency plane .Fractional Fourier transform is one kind of frequency conversion, because when it's processing the multi-component LFM signal it will not get cross terms. so it has been widely used in the parameter estimation of LFM signal .This article first introduces tthen introduces the discrete fractional Fourier transform algorithm type of sampling algorithm, and use these two kinds of algorithm do parameter estimation of LFM signal simulation experiment on matlab.On the arrangement of the thesis, the author firstly introduces the background of the topic and the authors have done;Then, this paper introduces the definition of discrete fractional Fourier transform and the calculation process, and using these algorithms for parameter estimation method;After, tells the way of the process and results of the author;Finally, the experimental results are analyzed and subjective evaluation.Keywords: FRFT；LFM signal；parameter estimation；disperse calculate目录第1章引言 (1)1.1 应用背景及其意义 (1)1.2 研究的现状 (2)第2章离散分数阶傅里叶变换 (7)2.1 分数阶傅里叶变换 (7)2.1.1 分数阶傅里叶变换的定义 (7)2.1.2 分数阶傅里叶变换的性质 (9)2.2 离散分数阶傅里叶变换 (11)2.2.1 离散分数阶傅里叶变换简介 (11)2.2.2 Ozaktas采样型算法 (12)2.2.3 Pei采样型算法 (16)2.3 基于FRFT的LFM信号参数估计的理论模型 (18)2.3.1 基于Ozaktas算法的参数估计模型 (19)2.3.2 基于Pei算法的参数估计模型 (21)第三章基于DFRFT的LFM信号参数估计 (22)3.1 引言 (22)3.1.1主要技术和方法 (22)3.1.2问题总结与分析 (23)3.2 算法设计及实验分析 (24)3.2.1 使用FFT来对LFM信号进行参数估计 (24)3.2.2 基于Ozaktas算法的参数估计 (27)3.2.3 基于Pei算法的参数估计 (31)第4章对实验结果的分析 (39)4.1两种算法对参数估计的实验结果分析 (39)4.2仿真程序的展示界面 (40)第5章总结与展望 (43)致 (44)参考文献 (45)第1章引言1.1 应用背景及其意义LFM信号是时变信号中的一种的典型代表，线性调频信号（LFM信号）[1]可以说是无所不在的。

用Fourier 变换来表示序列和线性时不变系统的频域特征，但是频谱()ωj e X 是ω的连续函书，用计算机处理和分析频谱是不方便的。

那么就需要像时序信号那样，通过采集把连续信号变为离散信号，也对连续频谱采样而得到离散频谱，然后用数字电路或计算机进行处理和分析。

有限长序列在应用中有重要的作用，通过它可以导出另一种Fourier 变换表达式，即离散傅里叶变换(DFT)，此为解决频谱离散化的有效方法，同时DFT 的高效算法——快速傅里叶变换FFT 。

周期序列一个周期为N 的周期序列~x ，对于所有的n ，应该满足：()()为整数k kN n x x +=~~周期序列的周期N ，一般使用最小周期作为周期。

与连续时间周期函数相比，周期序列由于n 及N 均为整数，周期序列中应用最广泛的序列是：kn Njkn NeWπ2-=（2-1）ImRe1上图就是周期序列nN W （N=8），从n=0开始到8取完周期内的所有值。

令k = 1时，nN W 就是一个周期序列。

当n 从0依次加1到N-1时，序列nN W 取完周期内的所有值，这些值可以看成是Z 平面上以原点为圆心的单位圆被N 等分的交点的的坐标值。

k 为其他数值时，knN W 的最小周期也许不是N ，但是N 一定是knN W 的周期。

knN W 的性质很明显：周期性：knN W =nN k NW )(-=)(N n k NW -对称性：kn N W -=()*kn N W =nk N NW )(-=)(n N k NW -正交性：()()∑-=⎩⎨⎧==10n 0,N k knNr rN n N W其他为整数 或者 ()()∑-=⎩⎨⎧==1n 0,N n kn Nr rN k N W其他为整数 一个周期为N 的周期序列()n x ~，在n=∞-到n=+∞的范围内仅有N 个序列值是独立的其中一个周期内的N 个序列值足以表征整个序列的特征。

而对于长度为N 的有限长序列，只讨论n=0到N-1之间的N 个序列值，其余皆为0。

基于离散傅里叶变换的高动态突发信号检测及频率估计
基于离散傅里叶变换的高动态突发信号检测和频率估计是一种非常重要的信号处理技术。

这种方法可以广泛应用于雷达、通信、天文学和物理学等领域。

基于离散傅里叶变换的高动态突发信号检测和频率估计是通过将接收到的信号进行离散傅里叶变换来实现的。

由于离散傅里叶变换可以将时域信号转化成频域信号，因此对于含有多个频率成分的信号，离散傅里叶变换可以将每个频率成分分离出来，并且给出每个频率成分的幅值和相位，从而为频率估计和信号检测提供了基础。

在高动态突发信号检测方面，基于离散傅里叶变换的方法可以通过在频率域内对信号进行分析，来检测并分离出突发的信号。

通过对离散傅里叶变换后的信号进行快速算法处理，可以实现高速、高灵敏度的信号检测。

在频率估计方面，基于离散傅里叶变换的方法可以通过计算离散傅里叶变换后的信号的相位，来估计信号的频率。

这种方法可以精确地估计具有单一频率成分的信号的频率，而且可以在高噪声环境下有效地进行频率测量。

总之，基于离散傅里叶变换的高动态突发信号检测和频率估计是一种非常有效的信号处理技术。

它可以应用于各种领域中的信号处理和数据分析，为我们提供了更好的信号处理和数据分析工具。

专利名称：一种基于对称离散傅里叶变换的频率估计方法专利类型：发明专利
发明人：王珺,刘强,赵燕,邓高峰,赵震宇,胡涛,郭雪薇,刘仕萍申请号：CN202011198459.9
申请日：20201031
公开号：CN112485521A
公开日：
20210312
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种基于对称离散傅里叶变换的频率估计方法，先对两个频率分量紧密相邻的信号进行加窗离散对称傅里叶变换，获得3个存在相位差的频谱序列函数表达式；然后将3个函数表达式简化变形，得到关于相位差的方程组；最后解方程组求出相位差，根据时频关系求得两个频率分量的频率值。

本发明针对普通离散傅里叶变换不能估计两个紧密相邻的频率分量的问题，本发明公开的方法采用了三个时域序列，利用两个相邻序列之间的时间间隔相同的原理，得到3个存在相位差的频谱序列函数表达式，继而采用对称离散傅里叶变换实现频率估计，解决了估计两个紧密相邻的频率分量的问题。

申请人：国网江西省电力有限公司供电服务管理中心,国家电网有限公司,国网江西省电力有限公司电力科学研究院
地址：330100 江西省南昌市南昌经济技术开发区芙蓉路999号
国籍：CN
代理机构：北京众合诚成知识产权代理有限公司
代理人：袁红梅
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基于离散傅里叶变换的高动态突发信号检测及频率估计刘洋【摘要】针对高动态突发通信应用环境,提出了一种新的基于频率域的突发信号检测及载波频偏估计算法,通过一次离散傅里叶变换( DFT)实现突发信号存在性检测及频率估计,并与经典Power-Law算法进行了比较。

仿真结果表明：在低信噪比条件下,新算法检测信噪比门限改善超过1 dB,频率估计均方根误差小于符号率的1‰,并且对载波频偏及信号电平动态不敏感,实现结构简单,适合实时处理及工程应用。

%Considering the high dynamic features in burst transmission system,this paper presents a new al-gorithm of signal detection and frequency estimation based on frequency domain. This algorithm can per-form presence detection and frequency estimation through one discrete Fourier transform( DFT) operation of the received signal. Comparisons are made with the Power-Law algorithm. Simulation results prove that the signal-to-noise ratio(SNR) threshold is improved more than 1 dB when SNR is low,the root mean square error(RMSE) of frequency estimation is lower than 1‰ of the symbol rate,and the probability of detection and accuracy of frequency estimation is influenced little by the variation of power level and fre-quency offset. It is convenient for real time processing and engineering applications.【期刊名称】《电讯技术》【年(卷),期】2016(056)005【总页数】5页(P557-561)【关键词】高动态突发信号;信号检测;离散傅里叶变换;频率估计【作者】刘洋【作者单位】中国西南电子技术研究所，成都610036【正文语种】中文【中图分类】TN911高动态平台突发通信系统具有以下特点∶一是由于通信平台具有较高运动速度及机动性，接收信号具有高动态特性，即信号电平及载波多普勒频率偏移具有较大动态范围；二是突发信号持续时间短且位置不确定；三是接收信号信噪比较低；四是受设备体积功耗的限制，要求信号处理算法实现复杂度适中。

基于改进离散傅里叶变换的实时频率和幅值测量算法曹磊;赵庆生;王旭平;郭尊【摘要】Accurate and fast estimation of frequency and amplitude is crucial for smart grid monitoring and operation,and the spectrum leakage will seriously affect the measurement accuracy of frequency and amplitude.For this reason,a real-time frequency and amplitude measurement algorithm based on improved discrete Fourier transform (discrete Fourier transformation,DFT) is proposed.Firstly,the DFT algorithm considering frequency offset is deduced theoretically.Then,in order to reduce the effect of spectrum leakage,the results of DFT transform are recalculated.The expressions of frequency and amplitude are given.In order to further improve the accuracy,the frequency value is estimated twotimes.Simulation results show that the proposed algorithm can effectively reduce the influence of spectrum leakage on frequency and amplitude measurements,and can calculate the required frequency and amplitude under different signal models.%精确快速估计频率和幅值对智能电网的监测和运行至关重要;而频谱泄露会严重影响频率和幅值的测量精度.为此提出了一种基于改进离散傅里叶变换(discrete Fourier transformation,DFT)的实时频率和幅值测量算法.首先对考虑频率偏移的DFT算法进行了理论推导.然后为了减弱频谱泄露的影响,对DFT变换结果进行再次计算,给出了频率和幅值计算表达式;为了进一步提高精度,对频率值进行了二次估算.仿真结果表明,该算法能够有效减弱频谱泄露对频率和幅值测量的影响,在不同信号模型下均能得到满足要求的频率和幅值.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2018(018)003【总页数】6页(P240-245)【关键词】频率;幅值;频谱泄露;离散傅里叶变换算法【作者】曹磊;赵庆生;王旭平;郭尊【作者单位】太原理工大学电力系统运行与控制山西省重点实验室,太原030024;太原理工大学电力系统运行与控制山西省重点实验室,太原030024;太原理工大学电力系统运行与控制山西省重点实验室,太原030024;华北电力大学电气与电子工程学院,北京102206【正文语种】中文【中图分类】TM71频率和相量信息对于判断电网状态、预测电网发展方向和采取正确快速的保护措施都至关重要。

一种基于Chirp探测的短波频率分配算法
黄绪发;郝威
【期刊名称】《信息通信》
【年(卷),期】2009(000)004
【摘要】针对短波通信网频率优化分配问题,本文利用chirp探测系统提供的信道参数,建立了带有信道约束的数学模型,并研究了用遗传算法求解模型的具体方法.该遗传算法采用的编码方式是信道频点的整数序列号,个体是一组经过分配的序列号.在仿真过程中发现由算法本身带来的严重违反约束条件的问题,通过比较三种不同约束处理方法得以解决.仿真计算的结果表明,模型建立得当,算法有效解决优化分配的问题.
【总页数】3页(P21-23)
【作者】黄绪发;郝威
【作者单位】海军工程大学,湖北,武汉·430033;海军工程大学,湖北,武汉·430033【正文语种】中文
【中图分类】TN92
【相关文献】
1.Chirp探测技术及其在短波通信中的应用 [J], 李晓陆
2.短波Chirp探测系统中的短信息传输技术及实现 [J], 李晓陆
3.基于现有短波Chirp双向探测的高效能方案研究 [J], 谭正辉;张秀强;张春雷
4.短波Chirp探测激励器的射频功率自适应算法研究 [J], 谭正辉
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