为了从高动态环境中估计出载噪比极低的目标信号的频率,国内外开展了大量的算法研究,但这些算法的关注点大都集中在对恒频信号频率的估计,应用环境的载噪比一般也在30dBHz以上,只有极少数的文献研究了载噪比为17~18dBHz的情况。本文针对极低载噪比的高动态信号,且信号频率并不单一,提出了一种捕获和拟合相结合的频率估计算法,并且保证估计的精度在5mHz内。首先,本文给出了频率估计的数学模型并且推导了参数估计的理论界,给出了其闭合表达式,为以后的研究提供了理论基础。然后,本文介绍了恒频估计和变频估计的算法,针对恒频估计,主要介绍了基于FFT的频率估计算法,并且给出了不同算法的仿真性能对比;针对变频估计主要介绍了时域分析方法、基于极大似然估计和含预处理的FFT算法,仿真分析发现时域匹配周期图算法在实际中性能较优;最后,通过前面对恒频估计算法的分析,总结出了最优的恒频估计算法,并将其应用于对变频信号的估计,仿真验证了其在高载噪比时具有较好的性能;对于低载噪比高动态信号的频率估计,本文提出了新的高精度估计算法,由捕获模块和拟合模块两部分组成,捕获模块中包括两次捕获操作,主要是根据时域匹配周期图算法改进而来,通过设置递减的变化率步长,确定信号变化率的范围,最终可将其变化率降到0.1Hz/s以下,实现对信号的抓捕,同时给出了最优捕获的参数设置;拟合模块是对频率估计精度的进一步提升,将捕获得到的信号看作是恒频信号,然后采用傅里叶插值的频率估计算法进行估计和线性拟合,其中也包括两次拟合操作,最终该算法在载噪比为11dBHz以上,并且频率变化率范围为[-3kHz/s,3kHz/s]的信号中,估计精度达到5mHz的要求。