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针对色噪声条件下的低信噪比单音信号频率估计问题,提出了一种色噪声功率谱补偿算法。该算法利用色噪声功率谱期望值的慢变特点,通过非线性滤波比较功率谱抽头与其邻域抽头均值的大小,消除色噪声功率谱起伏对频率估计的影响,进而采用极大值搜索给出频率估计。对所用非线性处理的稳定性进行了理论分析,并通过计算机仿真给出了算法估计精度,从而验证了算法的有效性。