基于自适应分数阶傅里叶变换的线性调频信号检测及参数估计

该文提出了一种基于最小均方算法的自适应计算分数阶傅里叶变换的方法并将该方法应用到多分量chirp信号的检测与估计之中。该方法通过对连续型分数阶傅里叶反变换进行离散化采样,得到适合数值计算的离散形式,进而通过适当的选择输入向量和目标函数构造自适应滤波器,经过最小均方算法进行训练后所得的滤波器权系数即为分数阶傅里叶变换的结果。仿真实验表明,该方法可以用来计算分数阶傅里叶变换及对chirp信号进行检测和参数估计,且计算延时相对较小。     

基于FRFT的雷达微弱目标信号检测算法

针对低信噪比下雷达目标回波检测的问题,提出对回波预处理后接分数阶傅里叶变换的检测方法。预处理为AR滤波器抑制杂波并用小波去噪。由于低信噪比下分数阶傅里叶变换检测性能低,对回波做预处理提高回波信噪比。再运用分数阶Fourier变换对LFM信号的聚敛性质检测。仿真结果表明,文中提出算法检测性能优于直接进行分数阶傅里叶变换。     

基于DFRFT水下动目标LFM回波检测算法

匹配滤波器作为高斯白噪声背景下线性调频信号的最优检测器,在水下声信号处理中得到了广泛的应用。根据匹配滤波器输出峰值位置可以获得目标距离的估计,但运动目标径向速度造成的回波和样本失配将导致匹配滤波器检测性能下降。利用分数阶傅里叶变换对线性调频信号的聚焦特性,提出了应用离散分数阶傅里叶变换的水下运动目标线性调频回波检测算法。仿真测试表明,该算法对于混响噪声背景下径向速度未知动目标的线性调频回波具有良好的检测性能。     

分数阶傅里叶域滤波器组的一般化设计方法

 分数阶傅里叶变换相对于传统的傅里叶变换具有灵活的时频分析特性,在最优分数阶傅里叶域进行滤波可以实现对某些非平稳信号的最优检测和参数估计以及对某些干扰和噪声的滤除.分数阶傅里叶域滤波器组理论的提出弥补了分数阶傅里叶域滤波不具备多尺度分析以及运算量过大的缺点,但现有的分数阶傅里叶域准确重建滤波器组设计方法不具备形式一般化的特点,很难满足很多实际工程的需要.本文从分数阶傅里叶域多抽样率信号处理基本理论和分数阶卷积定理出发,推导出了分数阶傅里叶域准确重建滤波器组的一般化设计方法,为分数阶傅里叶域滤波器组理论在实际工程中的推广应用奠定了理论基础.最后,仿真实验验证了本文所提分数阶傅里叶域滤波器组一般化设计方法的有效性.     

基于FRFT的二维扩频通信方案

介绍了分数阶傅里叶变换的基本概念和原理,分析了线性调频信号在分数阶傅里叶变换中的特点,指出用分数阶傅里叶变换对线性调频信号进行检测和解调的理论依据,并在此基础上,提出了1种基于分数阶傅里叶变换的二维扩频通信方案。该方案的优点在于使通信系统的抗侦收和抗干扰能力更强,提高了战场的频谱使用率。     

一种分数阶傅里叶变换快速算法的研究

介绍了分数阶傅里叶变换的定义,接着提出了一种分数阶傅里叶变换的快速算法,其中分数阶傅里叶变换快速算法分三步进行:线性调频信号乘法,线性调频信号卷积,另一个线性调频信号乘法,从而利用FFT来计算FRFT。这种算法思想直观,结果与连续FRFT的输出接近。最后用具体的信号作了计算机仿真,并给出Matlab仿真结果图。     

DSSS系统LFM干扰抑制技术研究

针对传统的傅里叶变换只能对平稳干扰信号具有较好的抑制能力而对非平稳的LFM干扰信号不能有效抑制,该文引入了分数阶傅里叶变换（FRFT）,在分数阶傅里叶域给出了一种LFM信号最佳旋转角度确定的算法,并利用该算法对LFM在分数阶傅里叶域进行干扰抑制。仿真结果表明,该算法能够准确确定LFM信号在分数阶傅里叶域的最佳旋转角度,...     

一种基于分数阶傅里叶变换的OFDM系统 及其均衡算法

在快速时变信道环境下,由于子载波间干扰(ICI)的影响,传统OFDM系统性能有较大下降.本文提出了一种基于分数阶傅里叶变换的OFDM系统,它用分数阶傅里叶变换代替傅里叶变换进行子载波调制与解调;同时,文中给出了最优分数阶傅里叶变换阶次的选取方法,并根据最小均方误差(MMSE)准则设计了分数阶傅里叶域乘性滤波器在接收端进行均衡.分析和数值仿真结果表明,最优分数阶傅里叶域的乘性滤波算法较频域方法有更好的均衡效果.     

分数阶傅里叶变换时滞模型及其应用

实际采集到的信号中常常含有与信号频谱相同的延时噪声分量,难以用常规的滤波方法剔除。针对延时噪声干扰的特点,依据分数阶傅里叶变换（FRFT）的时移特性和乘积变换延时特性,提出了一个信号与同频噪声分离的时滞模型,通过对含噪信号进行相应的分数阶傅里叶变换,在变换域上可不断加大信号与同频噪声的距离,距离的增加与迭代次数成正比,从而能较好地分离同频干扰。实验中,对分数阶傅里叶变换的分离效果进行了仿真演示。     

短时分数阶傅里叶变换对调频信号的时频分辨能力

调频信号的检测和参数估计一直是信号处理领域的研究热点之一。为深入挖掘短时分数阶傅里叶变换对调频信号的时频分析优势,从短时分数阶傅里叶变换的定义出发,推导了其时频分辨能力与信号参数的关系,并与短时傅里叶变换进行了对比分析。结论表明,短时傅里叶变换时频分辨能力与信号频率变化率有关,而短时分数阶傅里叶变换几乎不受调频率变化率影响。最后,通过对比仿真实验证明,对于频率变化率较小的信号,两者时频分辨效果差别不明显,对于频率变化率较大的信号,短时分数阶傅里叶变换的时频分辨效果更好。     

LFM的一种自适应滤波方法

研究了白噪声环境下线性调频信号的自适应滤波问题。提出了一种LFM自适应滤波算法,该算法利用分数阶傅里叶变换将LFM信号转化为正弦信号,在u域进行自适应滤波,利用分数阶傅里叶反变换得到滤波后的时域信号。该算法为白噪声下LFM信号增强、滤波提供了一种算法框架。性能分析表明,该算法的滤波效果取决于自适应滤波器的效果。最后仿真表明该算法效果明显,计算方便。     

Sub-Nyquist Sampling and Parameters Estimation of Wideband LFM Signals Based on FRFT

Last years, most sub-Nyquist sampling and parameters estimation methods for linear frequency modulated (LFM) signals are based on compressed sensing (CS) theory. However, nearly all CS reconstruction algorithms are with high computational complexity and difficult to be implemented in hardware. In this paper, a novel framework of sub-Nyquist sampling and low-complexity parameters estimation for LFM signals is proposed. The incoherent sampling in CS theory is introduced into the construction of sub-Nyquist sampling system, but no CS reconstruction algorithm is employed in the estimation of parameters. Based on the energy aggregation of LFM signals in the proper fractional Fourier transform (FRFT) domain, the chirp rate and center frequency can be estimated by linear operations. Accordingly, the proposed estimation method is easily realized compared with existing estimation methods based on CS. Simulation results verify its effectiveness and accuracy.     

时空欠采样线性调频信号参数及其二维到达角联合估计

针对宽频段(2-18GHz)内非平稳来波信号的参数估计和测向问题,提出一种时空欠采样线性调频信号参数与二维到达角联合估计方法。该方法首先用时域解线调方法估计调频斜率,然后在分数阶傅里叶变换(FRFT)域进行滤波,实现信号提取。利用参考阵元及其延时通道进行无模糊初始频率估计,通过构建FRFT波束空间阵列模型实现无模糊测向。数值仿真表明,该方法能够实现宽频段内多个线性调频信号的参数和二维到达角精确估计,在低信噪比下仍有较好的估计性能。     

多径BOC信号捕获性能分析

针对多径情况下存在一阶多普勒变化率的高动态二进制偏移载波(Binary Offset Carrier,BOC)信号捕获困难的问题,本文提出了基于部分匹配滤波器(Partial Matched Filter,PMF)和分数阶傅里叶变换(Fractional Fourier Transform,FRFT)相结合的多径情况下高动态BOC信号的捕获算法。该算法首先利用PMF对信号进行分段积分处理,然后利用FRFT所具有的使不同的线性调频信号(Linear Frequency Modulated,LFM)在不同的FRFT域呈现能量聚集的特性确定直达信号,最后在直达信号所对应的最优FRFT域完成对BOC信号的捕获。该算法可以在确定直达信号的同时抑制除直达信号外的多径信号,通过仿真结果可知,该算法可以在信噪比为-7 dB的情况下实现对存在一阶多普勒变化率的多径BOC信号的捕获。      

基于ST-FRFT的非合作水声脉冲信号检测方法

为解决非合作条件下水声脉冲信号检测与参数估计的难题,本文提出了一种基于短时分数阶傅里叶变换（ST-FRFT）的检测方法。线性调频（LFM）和单频（CW）脉冲信号是最常见的两种水下声脉冲信号,在非合作条件下,信号参数信息的缺失使得不能直接采用匹配滤波检测方法,傅里叶变换（FT）对CW信号具有良好的检测增益,但对LFM信号检测增益下降,尤其是具有较大调制率的LFM信号。分数阶傅里叶变换（FRFT）对LFM信号具有良好的能量聚集性特点,有利于LFM信号的检测,并且包含了Fourier变换,同样适用于CW信号的检测。为了同时获得接收信号的时域和频域特征,设计了基于短时分数阶傅里叶变换（ST-FRFT）的检测器,可以实现信号参数未知的情况下对LFM和CW信号的截获检测。理论分析了ST-FRFT与STFT方法针对LFM信号和CW信号的检测性能,基于FT的方法对LFM信号的处理增益受到调制率的影响,相对于CW信号增益下降,并且随窗长呈非线性变化,非合作条件下难以获得最佳窗长,而FRFT对LFM信号可以获得近似匹配滤波的处理增益,提高了LFM信号的检测性能。仿真结果和湖试数据处理结果验证了理论分析的正确性与该方法的有效性。      

用于匀加速转动目标成像的FRFT 方位压缩方法

复杂运动目标的转动分量多数情况下可近似为匀加速转动,散射点多普勒回波可以近似为LFM信号,经传统RD算法的DFT方位压缩后,散射点在傅里叶谱域上表现的方位向图像将出现散焦,引起图像质量下降.作为LFM信号,匀加速散射点的多普勒回波必然在某分数阶傅里叶域具有能量聚集性最好的频谱,且频谱峰值位置和幅度分别对应散射点的横向坐标和散射强度,散射点在方位向的聚焦像可由该频谱直观表示,该方法被称为FR-FT方位压缩.通过对仿真数据的处理表明,相对于DFT和RID算法,FRFT方位压缩具有分辨率高、交叉项干扰少等优点.     

基于FRFT的多LFM信号的分离及参数估计

线性调频（LFM）信号在某个阶次的FRFT域中具有能量聚集性,根据这一特性采用分数阶傅里叶变换（FRFT,Fractional Fourier Transform）来分离多个未知任何先验参数的LFM信号,通过在FRFT域搜索峰值点来检测并分离出LFM信号,并用相关系数对分离效果进行了评价。针对二维搜索峰值点的计算复杂性,提出了曲线拟合优化技术来进行FRFT模值检测,把二维搜索转化为一维曲线拟合问题,并介绍了高斯混合模型近似FRFT模值分布。计算机仿真表明,这一方法极大地降低了计算复杂度,对多分量LFM信号进行了有效的分离及参数估计。     

基于FRFT的线性调频信号欠采样快速检测方法

采用分数阶Fourier变换对线性调频信号(Linear Frequency Modulation,LFM)进行检测与参数估计时,由于信号的特征未知,需要运用二维搜索方法确定分数阶Fourier变换的最佳旋转角度.该方法运算量巨大.为减少运算量,本文推导了欠采样前后LFM信号的分数阶Fourier变换最佳能量聚集旋转角度关系,证明了无噪LFM信号的调频率估计可以完全不受Nyquist采样定理的限制;通过推导分析欠采样含噪LFM信号在最佳分数阶Fourier域的信噪比,给出了欠采样倍数M对LFM信号检测的影响及其选取原则;最终提出一种基于欠采样理论的LFM信号快速检测方法.实验结果表明,当M选取合适时,利用原始信号的欠采样样本即可对LFM信号实现有效检测,快速确定其调频率.     

一种基于分数阶Fourier变换的雷达运动目标检测算法

针对雷达回波为多分量LFM信号时,时频分析存在的交叉项干扰问题,提出了一种基于分数阶Fourier变换(Fractional Fourier Transform,FRFT)的伪Wigner分布(PWD).该方法通过在参数平面按阈值进行峰值搜索确定变换域阶次,再在相应的分数阶Fourier域计算PWD,有效地抑制了交叉项的干扰,有利于更好地提取信号的时频信息.仿真实验证明了在强背景噪声下该算法的有效性.     

Wideband LFM Interference Suppression Based on Fractional Fourier Transform and Projection Techniques

A novel wideband LFM interference suppression method is proposed based on fractional Fourier transform (FRFT) and projection techniques. By using the concentration property of LFM interferences in fractional Fourier domain, the initial frequency, frequency modulation rate and direction-of-arrival (DOA) of LFM interferences are first estimated. Afterwards, the space–time interferences subspace is constructed. In order to suppress wideband LFM interferences, the received signal is projected onto the subspace orthogonal to the interferences subspace when the signals are uncorrelated. Furthermore, considering the scenario when the signals are coherent, according to the properties of oblique projection, LFM interferences are suppressed by projecting the received signal onto the joint signal–noise subspace. Then, the desired signal is extracted by beamforming. Unlike the existing algorithms, the proposed method not only can exactly estimate parameters and directly solve the DOA of LFM interferences but also can construct the interferences subspace with the time-variant steering vector of interferences. Moreover, our method can effectively suppress LFM interferences without reducing the freedom, and significantly improve the performance, even at low signal-to-noise ratio (SNR) or small number of snapshots. Simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed method.