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信号中含有噪声或非整周期截断时发生的频谱泄漏是导致正弦信号频率估计精度不高的主要原因。针对这一问题，从扩展信号频谱表征方式出发，将经典幅值谱扩展至不受频谱泄漏制约、表现力更强、可读性更好的二维幅值谱。与经典幅值谱相比，二维幅值谱除包含信号的频率个数、幅值信息外还包含了易于获取的周期信息，且具有一定的抗噪性，在信噪比低至-10dB时仍有较好表现力。提出一种估计方法，先从二维幅值谱中估计出信号的周期T，然后根据信号采样频率、信号频率、以及信号周期T之间的定量关系完成信号的频率估计。实验结果证明了该方法的有效性