本發(fā)明屬于控制電路，涉及一種諧振器相位噪聲抑制方法，具體涉及一種基于卡爾曼濾波的諧振器相位噪聲抑制方法，可應用于通信系統(tǒng)中的信號處理、精密測量儀器、導航系統(tǒng)以及各種電子設備中。

背景技術：

1、諧振式器件分為機械諧振式器件、電諧振式器件、光學諧振式器件、聲學諧振式器件、磁諧振式器件、熱諧振式器件、微波諧振式器件等，機械諧振式器件內諧振器是基于諧振原理，利用敏感元件諧振器的諧振頻率變化來測量其他物理量，由于只需測量頻率來檢測物理量變化，不易受到幅值增益的干擾，因此諧振器具有準數(shù)字輸出、抗干擾能力強、精度高等優(yōu)點。

2、然而，諧振器輸出量為頻率，因此其容易受到相位噪聲的干擾，又由于相位噪聲的頻率與輸出信號頻率一樣，難以通過低通濾波器、高通濾波器和帶通濾波器抑制，進而導致其輸出信號波形出現(xiàn)不平整，干擾測頻模塊的測頻，嚴重影響了諧振器的輸出精度，因此抑制相位噪聲，將輸出信號平滑為理想的正弦信號對于提高諧振器的整體性能具有重要意義。

3、例如，申請公布號為cn117544115a，名稱為“一種低相位噪聲抗振型晶體振蕩器”的專利申請，公開了一種針對機械諧振式器件相位噪聲的抑制方法，該方法首先通過相位鎖定環(huán)接收來自高精度頻率源的穩(wěn)定參考信號，內部相位比較器將參考信號與振蕩器輸出信號的相位進行比較，生成與相位差成比例的誤差信號，該信號通過低通濾波器去除高頻噪聲，生成控制電壓，最后控制電壓被送到壓控振蕩器，使其輸出頻率逐步接近參考信號，從而實現(xiàn)頻率的鎖定。該發(fā)明對高頻噪聲的抑制能力有限，尤其是在存在強干擾或高頻噪聲時，可能導致輸出頻率不穩(wěn)定，當頻率變化較大時在鎖定過程中的動態(tài)響應較慢，需要一定的時間來調整，并且鎖定頻率的精度取決于參考信號的穩(wěn)定性和相位比較器的性能，可能在低相位噪聲的應用中表現(xiàn)不足。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷，提出了一種基于卡爾曼濾波的諧振器相位噪聲抑制方法，用于解決現(xiàn)有技術中存在的適應性和實時性較差的技術問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案包括如下步驟：

3、(1)對諧振器的位移進行采樣：

4、以t為時間間隔對諧振器的位移進行i次采樣，得到位移集合z＝{zi|0＜i≤i}，其中，t＞0，zi表示第i次采樣的位移，i≥10；

5、(2)計算第i次采樣的先驗誤差矩陣和先驗估計值：

6、令i＝1，通過諧振器諧振條件下的狀態(tài)轉移模型構建狀態(tài)轉移矩陣a，并通過a計算第i次采樣的先驗誤差矩陣pi'和先驗估計值

7、(3)計算第i次采樣的卡爾曼增益：

8、通過第i次采樣的先驗誤差矩陣pi'計算第i次采樣的卡爾曼增益ki；

9、(4)計算第i次采樣的誤差矩陣：

10、通過第i次采樣的先驗誤差矩陣pi'和卡爾曼增益ki計算第i次采樣的誤差矩陣pi；

11、(5)獲取諧振器相位噪聲抑制結果：

12、通過第i次采樣的卡爾曼增益ki計算第i次采樣的位移zi對應的濾波后的信號xi′，并判斷i＝i是否成立，若是，得到i個濾波后的信號，否則令i＝i+1，pi'＝pi，并執(zhí)行步驟(2)。

13、本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點：

14、(1)本發(fā)明基于卡爾曼濾波實現(xiàn)對機械諧振式器件內諧振器相位噪聲的抑制，適用于包括高頻噪聲在內的多種噪聲類型，且能夠保持輸出頻率的穩(wěn)定性，與現(xiàn)有技術相比，能夠靈活應對不同工作環(huán)境和噪聲類型，具有較好的適應性。

15、(2)本發(fā)明基于卡爾曼濾波具有遞歸計算的特性，能夠在每次新數(shù)據(jù)到來時更新狀態(tài)估計，而無需處理所有歷史數(shù)據(jù)，同時結合預測模型和噪聲觀測，對輸入信號進行動態(tài)估計與優(yōu)化，使得濾波器可以迅速響應信號頻率的變化，提供高效的實時調整能力。

技術特征：

1.一種基于卡爾曼濾波的諧振器相位噪聲抑制方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中所述的第i次采樣的位移zi，其表達式為：

3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中所述的諧振器諧振條件下的狀態(tài)轉移模型，其表達式為：

4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，步驟(2)中所述的狀態(tài)轉移矩陣a，其表達式為：

5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，步驟(2)中所述的第i次采樣的先驗誤差矩陣pi'，計算公式為：

6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，步驟(2)中所述的第i次采樣的先驗估計值計算公式為：

7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，步驟(3)中所述的第i次采樣的卡爾曼增益ki，計算公式為：

8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于，步驟(4)中所述的第i次采樣的誤差矩陣pi，計算公式為：

9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(5)中所述的第i次采樣的位移zi對應的濾波后的信號xi′，計算公式為：

技術總結
本發(fā)明提出了一種基于卡爾曼濾波的諧振器相位噪聲抑制方法，實現(xiàn)步驟為：對諧振器的位移進行采樣；計算每次采樣的先驗誤差矩陣和先驗估計值；計算每次采樣的卡爾曼增益；計算每次采樣的誤差矩陣；獲取諧振器相位噪聲抑制結果。本發(fā)明基于卡爾曼濾波實現(xiàn)對機械諧振式器件內諧振器相位噪聲的抑制，適用于包括高頻噪聲在內的多種噪聲類型，能夠靈活應對不同工作環(huán)境和噪聲類型，具有較好的適應性；且本發(fā)明基于卡爾曼濾波具有遞歸計算的特性，能夠在每次新數(shù)據(jù)到來時更新狀態(tài)估計，而無需處理所有歷史數(shù)據(jù)，同時結合預測模型和噪聲觀測，對輸入信號進行動態(tài)估計與優(yōu)化，使得濾波器可以迅速響應信號頻率的變化，提供高效的實時調整能力。

技術研發(fā)人員：劉思甜,張旭陽
受保護的技術使用者：西安電子科技大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6