一种基于频移补偿的apFFT相位估计改进方法及应用

全相位快速傅里叶变换(all phase Fast Fourier Transform,apFFT)相位一致性特点使正弦信号相位估计不受频率估计影响,但由于频谱泄露和栅栏效应,apFFT相位估计性能受信号频率位置影响。针对该问题,提出了一种基于高精度频率估计和补偿的apFFT相位估计方法。首先,对信号进行高精度频率估计,并以此对信号进行频移补偿,然后对补偿信号进行apFFT,最后求解信号相位。蒙特卡洛仿真结果表明:所提算法的相位估计性能不受信号频率位置影响,相位估计误差性能与理论值一致,受两参数克拉美罗界(CRLB2)约束,约为1.1582倍的CRLB2;相位估计性能和抗噪声能力明显优于经典apFFT算法和其他对比算法。更进一步,利用我国首次火星探测器TW-1(天问一号)近火捕获段干涉测量数据进行算法验证,结果表明:相位估计精度约4 mrad,干涉测量时延估计精度约50 ps。