互素谱分析是近年来出现的一种可突破奈奎斯特定理对信号进行谱分析的方法。该方法可用远低于奈奎斯特速率的采样率对信号进行两路互素欠采样样,并恢复其频谱。针对宽带频谱感知过程中涉及到的高频宽带信号谱分析,互素谱分析结构可以越过原始信号的恢复过程而直接得到谱分析结果。但是原始互素谱理论并不能直接运用于宽带频谱感知中,这是因为原始互素谱理论还存在以下四点缺陷:1)没有充分利用互素采样样本间的信息,使得整个感知过程需要更长的时间;2)谱分辨率受限于原始的互素样本处理结构,难以进行灵活调整;3)如果信号中存在0.5频率分辨率偏移的频率成分,基于滤波器组的互素谱分析方法将会产生大量的伪峰;4)没有对互素采样样本所能达到的频率估计精度进行理论论证。针对以上不足,本文提出了以下五个方面的改进或完善:1)将互素采样样本进行合理的扩展分块和样本块重叠处理,而且不仅利用了两路互素样本间的互相关信息,也考虑了单路互素样本间的自相关信息;2)将互素样本的扩展分块处理应用到互素MUSIC方法、基于自相关函数的互素谱分析方法和本文提出的相位差方法中,达到了在不改变两路互素采样速率的前提下,增加或降低谱分析分辨率的目的;3)引入互补型基于滤波器组的互素谱分析结构并结合原始的基于滤波器组的互素谱分析结构,成功减轻了0.5频率分辨率偏移的频率成分所带来的伪峰效应;4)以单频率估计为基础,推导出了单一互素采样序列的频率估计克拉美罗限,并用数值仿真证明了广义相位差法所得的单路频率估计能逼近对应的克拉美罗限;5)尝试将滤波器组结构和MUSIC算法与互素采样相结合进行宽带频谱感知。总之,借助这些改进或完善,首先是证明了互素谱分析的有效性;其次是发掘了更多的能与互素采样相结合的谱分析方法;最后是将改进型互素采样样本处理结构应用到互素谱分析中,提高了宽带频谱感知的精度并降低了感知时延。