تخمین پارامترهای یک سیستم یا سیگنال یکی از مسائل کلاسیک تئوری کنترل است که به شکلهای گوناگونی در زمینه های متفاوت از علوم کاربردی ظاهر می شود. برای تخمین پارامترهای نامعلوم یک سیستم، می توان از مشاهده گرهای حالت استفاده نمود. برای تخمین پارامترهای یک سیگنال می توان یک مدل برای این سیگنال ارائه نمود و سپس از مشاهده گرهای حالت برای تخمین پارامترهای مدل استفاده کرد. از مهمترین مسائل تخمین پارامترهای یک سیگنال، تخمین فرکانس سیگنال های سینوسی است که در بسیاری از شاخه های مهندسی کاربرد دارد. در کاربردهای عملی به دلیل ورود سنسورها به ناحیه کار غیرخطی خود، سیگنال های سینوسی تغییر شکل می دهند که می توان این تغییر شکل را به صورت اشباع در نظر گرفت. الگوریتم های رایج تخمین فرکانس، مانند فیلتر شکافدار وفقی، در مقابل سیگنالهای تناوبی و نه لزوماً سینوسی خالص، مانند سینوسی اشباع شده، نتایج رضایت بخشی فراهم نمی سازند. در این پایان نامه مساله تخمین فرکانس سیگنالهای سینوسی اشباع شده مورد بررسی قرار می گیرد. برای این منظور با توجه به اینکه سیگنال سینوسی اشباع شده دارای دو دینامیک زمانی مختلف است، از قابلیتهای مدلسازی سیستم های هیبرید می توان استفاده نمود. ابتدا یک مدل هیبرید برای سیگنال سینوسی اشباع شده پیشنهاد می شود که فرکانس سیگنال در این مدل هیبرید به صورت یک حالت ظاهر می شود. سپس یک مشاهده گر هیبرید برای تخمین حالت مدل هیبرید سیگنال سینوسی اشباع شده پیشنهاد می شود که منجر به تخمین بدون بایاس و واریانس این سیگنال می گردد. در طراحی این مشاهده گر هیبرید از تعمیم مشاهده گر غیرخطی مبتنی بر خمینه نامتغیر برای تخمین حالت سیستمهای هیبرید با دو مود کاری استفاده می شود. مشاهده گر پیشنهادی نسبت به سایر روشها دارای تعداد کمتری متغیر حالت بوده و نسبت به تغییر سطح اشباع سیگنال مقاوم است. همچنین این مشاهده گر دارای ساختار ساده ای می باشد. شبیه سازیهای مختلف عملکرد مطلوب مشاهده گر در شرایط مختلف را نشان می دهند. همچنین در این پایان نامه، ایده ترکیب مفاهیم هیبرید و فیلتر شکافدار وفقی پی گیری می شود که منجر به معرفی فیلتر شکافدار وفقی هیبرید می گردد. این فیلتر نیز با در نظر گرفتن رفتار دوگانه سیگنال سینوسی اشباع شده به صورت یک سیستم هیبرید طراحی می شود. شبیه سازیهای کامپیوتری نشان می دهد که فیلتر شکافدار وفقی هیبرید پیشنهادی، تخمین دقیقی از فرکانس یک سیگنال سینوسی اشباع شده فراهم می سازد.