Harmonic analysis method based on multi-stage frequency correction

doi:10.1063/5.0322812

Harmonic analysis method based on multi-stage frequency correction

2026-03-01

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DOI：10.1063/5.0322812

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非相干采样在数字存储示波器中引入频谱泄漏和栅栏效应，导致谐波参数估计产生偏差并可能掩盖强信号附近的弱分量。本研究提出了一种多阶段频率校正框架用于谐波和间谐波分析，包括频谱域候选区间筛选、基于适应度引导搜索的连续频率精修、最小二乘幅值/相位估计以及迭代重构-相减过程以逐步抑制泄漏引起的干扰。进一步开发了中央处理器-图形处理器异构实现，以利用区间提取和批量适应度评估中的细粒度数据并行性。实验结果表明，所提出的方法在非相干条件下比加窗快速傅里叶变换基准方法实现了显著更高的频率精度（最大绝对误差达到mHz级，较基准方法提升37倍以上）。在多谐波情况下，其精度可媲美多重信号分类（MUSIC）方法，同时避免了敏感子空间阶数选择和其他强先验假设，从而提高了部署鲁棒性。在相邻信号和宽动态范围等挑战性场景中，当插值离散傅里叶变换和MUSIC方法可能对残余泄漏表现出明显敏感性时，所提出的迭代抵消显著稳定了弱分量估计（例如，幅值误差从数十个百分点降低至0.2%水平）。该框架还通过搜索预算参数支持连续的精度-成本权衡，为示波器内置谐波/间谐波测量提供了可靠的实现路径。

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