已知尖峰频谱噪声中正弦波的幅度估计

信息处理 噪音 自由度 估计 振幅
2022-02-18 18:45:29

在存在已知尖峰频谱噪声(即在已知频率处包含几个频谱峰值的噪声)的情况下,估计已知频率正弦波幅度的“最佳”方法是什么?

例子

  • “最佳”是指给定采样周期的最高准确度和最低方差(假设采样率大于奈奎斯特频率)。
  • 频谱噪声峰值的相位未知,但如果有用,可以提供感兴趣的正弦波的相位。

我知道的方法是:

  1. 在感兴趣的频率处执行 DFT,并设计窗口函数,使其零点/过零点位于已知噪声频率处。
  2. 使用最小二乘估计器(它基本上是一个带有矩形窗口的 DFT?,并且错误地假设噪声样本是不相关的),例如,如本调查论文中所述。

我想不出比方法(1)更好的方法,它不能从相位信息中受益,但我想知道是否可以使用更好的方法,甚至可以利用感兴趣信号的相位信息。

正如一个注释,虽然我不太明白为什么,但我注意到矩形窗口的零点落在采样周期中恰好完成一个周期的频率的整数倍处。

1个回答

可以通过使用已知频率构造两个两个基向量并直接计算系数来找到最佳拟合时域解决方案。然后可以从这些值直接确定幅度和相位。

让 C 是帧上的余弦值向量, S 是正弦值向量。然后你想找到以便尽可能接近你的函数。(a,b)aC+bS

F=aC+bS

用基向量点这个。

CF=aCC+bCS

SF=aSC+bSS

由于点积是标量,因此这只是一个包含两个具有两个未知数的方程的线性系统。如果您的框架中有整数个周期,则变为零,解决方案很简单。CSSC

请注意,此操作等效于具有正确参数的 DFT 中的单个 bin。也就是说,选择一个具有已知频率的整数个周期的 DFT 帧,然后查看相应的 bin。

一般情况下,没有循环对齐,也可以在频域中以更少的计算方式求解。请参阅我的博客文章:

为每个峰执行此操作。为了获得更好的结果,请在处理其他峰值之前减去您找到的峰值。