阅读说明：本技术 相减策略的实复转换式信噪比估计算法 (Real-complex conversion type signal-to-noise ratio estimation algorithm of subtraction strategy ) 是由 涂亚庆 陈鹏 李明 于 2019-10-23 设计创作，主要内容包括：本发明涉及信号处理领域,特别是含噪正弦信号的信噪比估计算法。本发明的适用对象为含噪正弦信号的信噪比估计,包括以下步骤：首先,利用对噪声不敏感的实复转换式参数估计算法对采样信号进行预处理,得到信号频率、幅值和初相位,并构造不受噪声影响的参考信号；然后,利用相减策略将采样信号与参考信号相减,得到纯噪声信号；最后,分别计算噪声信号和参考信号的平均功率,通过信噪比的定义求解采样信号的信噪比。本发明涉及的含噪正弦信号的信噪比估计算法构思巧妙、实现简单、实时性强,提高了信号的信噪比估计精度。(The invention relates to the field of signal processing, in particular to a signal-to-noise ratio estimation algorithm of a noisy sinusoidal signal. The invention is applicable to signal-to-noise ratio estimation of a noisy sinusoidal signal, and comprises the following steps: firstly, preprocessing a sampling signal by using a real complex conversion type parameter estimation algorithm insensitive to noise to obtain signal frequency, amplitude and an initial phase, and constructing a reference signal not influenced by the noise; then, subtracting the sampling signal from the reference signal by using a subtraction strategy to obtain a pure noise signal; and finally, respectively calculating the average power of the noise signal and the reference signal, and solving the signal-to-noise ratio of the sampling signal through the definition of the signal-to-noise ratio. The signal-to-noise ratio estimation algorithm of the noisy sinusoidal signal related by the invention has the advantages of ingenious conception, simple realization and strong real-time property, and improves the signal-to-noise ratio estimation precision of the signal.)

相减策略的实复转换式信噪比估计算法

技术领域

本发明涉及信号处理领域，特别是含噪正弦信号的信噪比估计算法。

背景技术

信噪比是正弦信号中的一个重要参数，信噪比估计是从含有噪声的采样信号中估计出信噪比，可用于分析信号特性，广泛应用于雷达、通信、语音、生物医学和仪表装置等领域，具有重要的理论意义和应用价值。

目前，对信号频率等参数的研究较多，对信噪比的研究则较少，主要有基于子空间法、基于接收信号的统计量法，基于FFT法改进的时频法。

(1)基于子空间法和基于接受信号的统计量法(参考文献[1]：李夏，李建东，栾英姿.移动信道信噪比估计方法[J].西安电子科技大学学报：自然科学版，2001，28(6)：820-823.参考文献[2]：Tankizawa K，Sasaki S，Zhou J，et al.Online SNR Estimation forParallel Combinatorial SS Systems in Nakagami Fading Channels[C].Pro.OfGLOBE-COM’02，Taipei，Taiwan，2002：1239-1243.)，该类算法具有信噪比跟踪能力，但对含噪正弦信号而言较复杂，由于需要对接收信号的协方差矩阵进行最大似然估计，导致计算量增大，不利于实际使用。

(2)基于FFT法改进的时频法(参考文献[3]：许爱强，魏辉，汪定国，等.基于Matlab估计正弦信号信噪比时频法研究[J].测试技术学报，2012，26(1)：46-50.)，该算法通过在频域求取信号功率和噪声功率来估计信噪比，容易实现，但需要在特定情况下使用，且信号的采样点数、采样频率以及采样时间均会对信噪比的估计精度产生影响，针对不同频率的信号需要对这3个参数进行调整，因此使用不便，并且估计精度不高。

发明内容

本发明旨在提出一种估计精度高、实时性强的信噪比估计算法，适用于含噪正弦信号的信噪比估计，解决现有信噪比估计算法实现复杂，估计精度不高的问题，拓展其应用范围。

本发明相减策略的实复转换式信噪比估计算法说明如下：

算法的基本思想：采用对噪声不敏感的实复转换式参数估计算法对采样信号进行预处理，构造不含有噪声的参考信号，通过相减策略得到噪声信号，并根据信噪比定义得到信噪比估计值。

首先，利用对噪声不敏感的实复转换式参数估计算法(参考文献[4]：CHEN Peng，TU Yaqing，LI Ming，et al.A real-to-complex conversion phase differenceestimation method for Coriolis mass flowmeter signal[C].2019 InternationalConference on Communications，Information System and Computer Engineering(CISCE)，Nanjing，2019：280-284.)对采样信号进行预处理，得到信号频率、幅值和初相位，并构造不受噪声影响的参考信号；然后，利用相减策略将采样信号与参考信号相减，得到纯噪声信号；最后，分别计算噪声信号和参考信号的平均功率，通过信噪比的定义求解采样信号的信噪比。本发明涉及的含噪正弦信号的信噪比估计算法构思巧妙、实现简单、实时性强，提高了信号的信噪比估计精度。

设采样信号为含噪正弦信号，其模型如式(1)所示。

x(n)＝acos(ωn+θ)+z(n) (1)

式中：ω、a、θ分别表示信号的频率、幅值和初相位，n＝0，1，L，N-1，n为采样时刻点，N为信号长度；z(n)是均值为0，方差为σ²的加性高斯白噪声。

为估计采样信号的信噪比，更好的分析信号特性，提出相减策略的实复转换式信噪比估计算法。

第一步：生成参考信号

对于采样信号x(n)，利用对噪声不敏感的实复转换式参数估计算法进行处理，得到采样信号频率估计值

幅值估计值

和初相位估计值并利用式(2)构造不含有噪声成分的参考信号。

第二步：得到噪声信号

利用相减策略将采样信号和参考信号相减，得到纯噪声信号。

z(n)＝x(n)-r(n) (3)

第三步：计算信噪比

分别利用式(4)与(5)计算参考信号和噪声信号的平均功率，

并根据信噪比定义，利用式(6)计算采样信号信噪比。

附图说明

下面根据附图和

具体实施方式

对本发明进一步阐述。

图1为相减策略的实复转换式信噪比估计算法的基本思想。

图中：1表示采样信号；2表示信号频率、幅值和初相位估计值；3表示不受噪声影响的参考信号；4表示噪声信号；5表示参考信号和噪声信号的平均功率；6表示信噪比估计值；7表示实复转换式参数估计算法；8表示生成参考信号；9表示相减策略；10和11表示平均功率计算；12表示信噪比估计。

图2为采样信号时域示意图。

具体实施方式

本发明的具体实施方式如下：

第一步：利用对噪声不敏感的实复转换式参数估计算法进行处理，得到采样信号频率估计值

幅值估计值

和初相位估计值

并利用构造不含有噪声成分的参考信号。

第二步：利用z(n)＝x(n)-r(n)将采样信号和参考信号相减，得到纯噪声信号。

第三步：利用

计算参考信号平均功率，利用

计算噪声信号的平均功率，并根据信噪比定义，利用

计算采样信号信噪比。