信号处理

作者：贺银辉, 李柏渝, 吴楷, 杨露, 贺智轶, 余意

关键词：时频表示, 短时傅里叶变换, 非平稳信号, 自适应窗长调整, 频谱测量

在许多领域中，对频谱测量精度的要求很高。短时傅里叶变换（Short-Time Fourier Transform， STFT）因结构简单、计算高效，成为最基础的时频分析工具之一。然而，STFT采用固定窗长，在处理非平稳信号时难以同时兼顾时间分辨率和频率分辨率，会影响频谱测量的精度。针对此问题，本文提出一种基于差分谱特征的自适应窗长调整策略（Differential spectral-driven adaptive STFT， DSD-ASTFT），用于优化时频表示（Time-Frequency Representation， TFR）的质量。该方法通过计算相邻时刻幅值谱的归一化差值谱，构建一个局部动态频率变化率评估指标，并依据该指标调整后续快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform， FFT）的窗长参数，在频率快速变化处采用短窗以提升时间分辨率，在相对平稳段采用长窗以改善频率分辨率。最终，组合多帧FFT得到的频谱生成高质量TFR。实验结果表明，所提算法的计算复杂度接近STFT，频谱测量精度有所提高，在信噪比大于15 dB时，正弦型线性扫频信号瞬时频率的归一化均方误差趋于稳定，相较于文中所提其余ASTFT算法降低了5 dB以上。这一成果展示了其在实时ASTFT方案设计方面的潜力和可行性，并为进一步研究如何更高效、精确地分析具有复杂时频特征的非平稳信号奠定了坚实的基础。此外，该方法的有效性验证了在特定应用背景下，通过合理平衡计算效率与时频分辨率来提升信号处理性能的可能性。需指出，DSD-ASTFT方法的有效性依赖于信号局部可近似为线性调频模型这一前提，其卓越性能主要体现在处理时频结构连续变化的非平稳信号，对于频谱结构稳定或发生突变的信号，此方法的窗长调整机制可能无法被有效触发。

来源： 2026年第4期

《信号处理》期刊编辑部

查看信号处理杂志 2026年第4期