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本发明公开了一种基于相位直线拟合的正弦波信号频率估计方法。该方法步骤为：对输入的含噪复解析数字信号作FFT运算，并将最强谱线所对应的频率值作为正弦波信号频率的初估计值fe；利用fe对输入的复解析数字信号进行下变频处理；对下变频后的数据进行低通滤波处理；数据量若大于设定阈值则进行数据抽取处理；对所得数据进行解相位角运算，并对所得相位角数据进行预处理；进行直线拟合运算，根据结果计算频率估计误差Δfe，正弦波信号的频率估计值调整为fe＝fe+Δfe；若Δfe大于阈值，用Δfe对输入复解析数字信号进行再次下变频处理，提取信号的相位信息重复前述步骤；否则输出正弦波频率的最终估计值fe。本发明在低信噪比条件下具有更优的估计性能。