基于短时分数阶傅里叶变换的非线性调频类信号检测

在复杂的电磁环境下,低截获概率(low probability of intercept,LPI)机载雷达能够有效地降低无源探测系统对作战飞机的作用距离及跟踪制导精度,从而能够有效地提高作战飞机的突防能力和生存能力。低截获概率机载雷达多使用宽带调制信号,通过使用信号的能量在频域上展开,从而降低雷达辐射信号被敌方截获接收机截获的概率。低截获概率机载雷达信号中最常见的是线性调频类信号(包括线性调频信号和相位编码信号)和非线性调频类信号(包括Costas码信号和Barker码信号)。本文通过分析非线性调频类信号中的Costas码和Barker码信号的固有特征,采用短时分数阶傅里叶变换,探讨截获接收机对非线性调频类信号的检测方法。由于Costas码和Barker码信号分段可视为近似线性调频信号,而分数阶傅里叶变化是最适于线性调频信号检测的时频变换方法,所以本文利用短时分数阶傅里叶变换对非线性调频类信号的每个调频持续时间内的信号能量进行聚焦,从而对信号进行能量检测。由于常见的时频分析方法,如Choi-Williams时频分析,有对信号进行时频变化后信号能量不能集中的缺陷,所以短时分数阶傅里叶变换较Choi-Williams时频分析方法更有利于对非线性调频类信号进行能量聚集,从而有利于进行信号检测。仿真分析表明截获接收机对不同的非线性调频类信号具有不同的检测性能。     

基于分数阶Fourier变换的多载波Chirp中远程水声通信技术

线性调频(Chirp)信号由于其独特的脉冲压缩特性,作为一个宽带信号在水声通信中拥有窄带信号所不能替代的优势,具体表现为时宽带宽积增益所带来的抗多普勒扩展性能,以及时频域的能量聚集性能,有利于抵抗频率选择性衰落.利用Chirp信号在其分数阶Fourier变换(fractional fourier transform,FrFT)的最佳分数阶变换域的冲激特性,使用二进制正交键控的调制方式,提出了一个用FrFT作为解调方法的多载波Chirp水声通信方案.该系统的特点是充分利用Chirp信号的性质,省去均衡环节,大大简化通信系统接收端结构,同时保证足够的强壮性.通过在计算机仿真、实验室水池实验以及海洋实验验证了该方案的性能.在通信距离为10km,平均水深为18m的浅海水声环境中,系统的通信速率为553bit/s时,系统的误码率达到了10-4量级.     

基于类间功率谱差的FRFT-TDCS门限判决算法

针对分数阶傅里叶变换域通信系统采用传统门限判决算法难以有效剔除多分量线性调频干扰的问题,根据高斯白噪声和多分量线性调频干扰分数阶傅里叶变换域功率谱特征,提出了基于类间功率谱差的门限判决算法。该算法利用了分数阶傅里叶变换不影响高斯白噪声的统计特性,在分数阶傅里叶变换域的三维频谱上自适应地确定门限值,既可以有效对多分量线性调频干扰频谱剔除,又解决了分数阶傅里叶变换的变换阶次对门限判决带来的不利影响。仿真结果表明,该算法在双极性调制和循环移位键控调制下,对多分量线性调频干扰剔除的有效性,尤其在大干信比情况下,误码率的提升尤为明显,对提高分数阶傅里叶变换域通信系统抗多分量线性调频干扰的能力具有一定的实用价值。     

基于扫频滤波器线性调频信号的滤波算法

研究了白噪声环境下线性调频信号的自适应滤波问题.提出一种线性调频信号(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,在分数阶傅里叶域进行自适应滤波,利用分数阶傅里叶反变换得到滤波后的时域信号.分数阶的滤波器可以使用扫频滤波器替代.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,在使用最下均方(LMS)算法时,步长的选取决定了滤波器的性能,在实际应用中必须按需选取.仿真表明该算法效果明显,计算方便.     

一种多分量线性调频信号参数估计方法

为解决目前传统方法在低信噪比时对多分量线性调频信号参数估计不理想的问题,提出一种新的参数估计算法.该算法将分数阶傅里叶变换和小波变换很好地结合起来,对经过分数阶傅里叶变换后的信号用小波进行滤波,并最终估计信号参数.仿真结果验证了该算法的有效性,可适用于低信噪比环境.     

基于伪随机线性调频的双序列跳频通信方法

为解决双序列跳频在对偶信道被干扰时误码率较高的问题,提出一种基于伪随机线性调频(LFM)的双序列跳频(PRLFM_BSFH)通信方法.在发送端,将线性调频信号作为特征信息与双序列跳频信号混频后通过射频(RF)前端发射出去;在接收端,将接收信号解跳后采用分数阶傅里叶变换进行处理,然后经过抽样判决得到发送端信息.构建了基于伪随机线性调频的双序列跳频通信系统模型,推导了其在瑞利信道下抗跟踪干扰和部分频带干扰的误码率(BER)表达式,并对理论分析进行仿真验证.结果表明:该通信方法的抗干扰性能优于双序列跳频,在不同干扰参数设置下,均有至少5 dB以上的性能增益.     

基于Chirp-BOK扩频的水声通信系统

利用线性调频(Chirp)信号在水下通信中具有良好的抗噪声和抗多径特性,提出基于Chirp-BOK(binary orthogonal keying,二进制正交键控调制)扩频的水声通信系统。系统采用二进制正交键控调制以及匹配滤波接收器,利用正向调频信号和反向调频信号,结合BOK调制技术,实现适合水声环境的扩频通信系统。噪声信道和多径信道下的仿真实验结果表明,该系统具有良好的抗噪声和抗多径性能,适用于水声系统的扩频通信。     

基于分数阶频率域混合相关的线性调频信号检测与参数估计

针对线性调频(LFM)信号分数阶傅里叶变换的特性,提出了一种分数阶频率域相关算法.该算法不仅能够在低信噪比条件下对LFM信号进行检测,还能与时间域相关法混合求解,获得包含时延及多谱勒频移参数的信息,实现精确参数估计.在分数阶频率域相关中,不必进行角度的一维及二维搜索,具有简洁、高效的特点.计算机仿真结果表明,该方法是有效的.     

一种分数傅里叶域线性调频信号高精度码同步方法

针对传统同步方法只能采用提高采样频率来提高同步精度的局限,提出一种分数傅里叶域高精度同步方法.该方法使用线性调频信号(Chirp信号)替代多比特余弦载波同步信号,在接收端同步信号经分数傅里叶变换后判决峰值位置,再与理论峰值位置作比较得出同步位置.通过分析影响Chirp信号分数傅里叶域峰值幅度的参数,发现峰值幅度随着同步码片数的增加而增加,从而提高了同步的精度.与传统的同步方法相比.该方法在采样率相同的条件下能获得更高的同步精度.仿真结果表明,当同步码为7、11 b,信噪比为2、4 dB以上时,该方法同步精度高于传统方法,并且精度迅速提高.     

线性调频脉冲压缩雷达信号参数估计方法

针对低信噪比下,瞬时自相关谱算法对调频率估计精度不够高及基于传统的包络检波方法对线性调频(LFM)脉宽和重复间隔估计不准确的问题,提出了以分数阶傅里叶变换为核心的多参数估计方法.利用分数阶傅里叶变换对LFM信号的聚集特性,精确估计LFM脉冲压缩雷达信号各主要参数,设计LFM脉冲压缩信号发射接收实验以验证本算法.实验结果表明,在较低信噪比条件下,能够实现线性调频脉冲雷达信号主要参数的准确估计.