互素谱分析是近年来出现的辨别密集频率成分的方法。该方法可以突破香农采样定理的限制,仅需利用符合互素关系的两路欠采样率,并结合多相滤波、DFT和统计互相关等措施,可以在低的数据率端实现高频带信号的谱估计。但当前的互素谱分析的应用仍受到限制,是因为在理论上还存在如下缺陷:对滤波器性能要求高,易出现频谱泄漏;频率估计需要耗费大量样本进行互相关平均,时间延迟大,频率估计受限于频率分辨率只能精确到整数点;由频谱泄漏造成的交叉项干扰和伪峰等。针对以上不足,本文提出如下三方面的改进措施:一是设计边界截止频率可控的高性能全相位滤波器,并将滤波器繁杂的设计流程用简单的公式表示,进而与互素谱进行匹配,以抑制频谱泄漏;二是以单频复指数信号作为输入,推导出互素谱分析各阶段的信号表达式,找出两个DFT输出通道的信号频率之间的关系,结合中国余数定理和频谱校正器,以较少的样本得出准确的频率估计;三是综合原互素谱分析器和一个0.5频率分辨率平移的互补型的互素谱分析器,找到两种分析器输出之间的关系,结合一些逻辑判决,消除多余的伪峰。借助以上三方面的措施,互素谱分析性能得到如下提升:第一,可快速配置的全相位滤波器可大大抑制频谱泄漏及子滤波器边带之间的相互影响,从而使得频谱图更加纯净;第二,在单频情况下可以用很少的样本数得到准确的频率估计,仅需耗费6～8个快拍的时延,即可实现小数精度的频率估计;第三,在多频情况下,通过结合互补分析器和判决器,不仅可以有效消除多余的伪峰,并且频率分辨率也提高了一倍。总之,理论推导和仿真实验均证明,本文提出的改进的互素谱分析器相比于原互素谱分析器,各方面性能都得以较大的提升。因而在宽带频谱感知、低成本的高频信号频率计设计和阵列信号处理领域有广泛应用前景。