基于分数阶傅里叶变换的低信噪比线性调频信号参数快速估计算法

针对低信噪比线性调频信号参数估计精度低且运算量大的问题,该文提出一种基于高效分数阶傅里叶变换(FRFT)和分数阶频谱4阶原点矩的快速估计算法.该算法通过判断调频斜率的正负,以确定旋转阶次所在初始区间;进而应用高效FRFT获得初始旋转阶次;最终利用分数阶频谱4阶原点矩,进一步确定搜索区间和步长,实现精准搜索,从而满足参数精度的要求.实验结果表明,该算法尤其适合用于低信噪比情况下的线性调频(LFM)信号检测与参数的准确估计,而且运算量较低.     

一种P3/P4多相码雷达信号参数快速估计方法

针对Wigner-Ville变换、Radon-Wigner变换估计P3/P4多相编码雷达信号参数存在运算量大、估计精度低等问题,提出了基于Radon-Ambiguity变换和分数阶傅立叶变换（FRFT）联合分析的参数快速估计方法。该方法采用Radon-Ambiguity变换估计信号调制斜率,采用分数阶傅立叶变换估计载频、周期等,通过两次一维搜索峰值来估计信号的参数,与Wigner变换、Radon-Wigner变换的二维搜索峰值相比,运算量大大降低,且提高了参数估计精度。仿真结果证明了该方法的有效性。     

一种chirp信号快速参数估计算法

针对目前线性调频(chirp,LFM)信号参数估计算法运算量较大且估计参数较少的问题,在分析Radon-Wigner变换(RWT)和分数阶傅里叶变换(FrFT)应用于chirp信号参数估计的基础上,提出了一种基于Wigner-Ville分布(WVD)切片和FrFT的chirp信号参数估计新算法。该算法首先通过对观测信号两个WVD切片的计算估计出调频斜率,然后得到相应的FrFT阶数,最后利用一次FrFT估计出chirp信号的初始频率、初始相位和幅度等参数。整个算法只需三次FFT的计算量即可估计出chirp信号的四个参数。仿真实验表明了该算法能在低信噪比下实现chirp信号参数的快速有效估计。     

LFM信号的FRFT模函数对称特性及参数估计

通过数学推导发现了时间无限长线性调频（LFM）信号的分数阶Fourier变换（FRFT）模函数具有对称性,且单边单调。之后经过分析,得出时限LFM信号的FRFT模函数也具有较好的这种特性。根据此结论提出了基于FRFT的时限LFM信号检测与参数估计的新方法,此方法采用两级搜索,克服了FRFT算法误差对线性调频信号的FRFT模函数对称性和单调性的影响,在减少了运算量的同时提高了参数估计精度。仿真分析证实了此方法的有效性。     

分数阶傅里叶变换在水下多目标方位估计中的应用研究

线性调频（Linear Frequency Modulation,LFM）信号作为一种具有大时宽带宽积的信号被广泛应用于主动声纳中以进行水下目标方位估计。分数阶傅里叶变换（Fractional Fourier Transform,FRFT）技术对LFM信号分析具有独特的优势,本文通过对FRFT的理论研究,分析其应用于水下多目标方位估计领域的可行性。对于FRFT最优阶次搜索中存在的误差影响,本文研究范数约束Capon波束形成技术（Norm Constrained Capon Beamforming,NCCB）,利用NCCB算法提高FRFT预处理后的目标方位估计的稳健性。最后,本文将分数阶预处理与稳健波束形成算法结合,通过计算机仿真验证了基于FRFT预处理的NCCB算法在低信噪比环境下仍然可以实现水下多目标方位的稳健估计。      

高动态环境二进制偏移载波调制信号的捕获

针对含一阶多普勒变化率的高动态二进制偏移载波（BOC, Binary Offset Carrier）调制信号捕获精度低且运算量大的问题,本文在部分匹配滤波器结合分数阶傅里叶变换（PMF-FRFT, Partially Matched Filter-Fractional Fourier Transform）算法的基础上提出使用分数阶功率谱累积结合分级FRFT的捕获算法。该算法首先利用PMF对信号进行分段处理,实现了接收信号和本地伪码之间的快速相关。然后结合线性调频信号（LFM, Linear frequency modulation signal）在不同FRFT域内的能量聚集特性,利用分级FRFT结合分数阶功率谱累积精确确定最优阶数。最后利用FRFT在所对应的最优阶数下结合分数阶功率谱累积实现对存在一阶多普勒变化率信号的精确捕获。仿真结果表明,该算法可以减小算法运算量,缩短捕获时间。且在功率谱累积20次,伪随机码长度为1023、信噪比为-22 dB左右的时候仍然能够实现精确的捕获。      

多相编码雷达信号参数快速估计方法

针对Wigner-Ville分布、Radon-Wigner变换估计多相编码雷达信号参数存在运算量大、估计精度低等问题,本文提出了基于Radon-ambiguity变换和分数阶傅里叶变换(FRFT)联合分析的参数快速估计方法。该方法采用Radon-ambiguity变换估计信号调制斜率,采用分数阶傅里叶变换估计载频、周期等,通过两次一维搜索峰值来估计信号的参数,与Wigner变换、Radon-Wigner变换的二维搜索峰值相比,运算量大大降低,且提高了参数估计精度。仿真结果证明了该方法的有效性。     

基于FRFT的LFM信号参数估计误差分析

分析了运用分数阶傅立叶变换(FRFT)估计线性频率调制(LFM)信号参数时影响其估计误差的几个因素.通过仿真和比较得出采样点数和旋转角度搜索间隔与参数估计误差之间的关系:初始频率的估计误差随着采样点数的增大而减小;调频斜率的估计误差随着旋转角度搜索间隔的减小而减小.基于此,可以针对不同的情况在相同的计算量下,通过不同的选择更好地满足精度要求.仿真结果验证了该结论的有效性.     

基于GSFrFT的STLFMCW信号参数估计

结合低截获概率雷达中常用的对称三角线性调频连续波信号(STLFMCW)的特点,提出了基于高斯短时分数阶傅里叶变换(GSFrFT)的STLFMCW信号参数估计算法.该算法首先在分数阶域二维时频面内搜索最佳旋转角,确定FrFT阶数,接着做信号的GSFrFT,然后在分数阶域表示出信号的时频关系,最后通过高斯窗长的调整实现信号参数的有效估计.仿真结果表明,该算法能在较低信噪比下精确估计信号参数.     

基于分数阶傅里叶变换的线性调频信号分辨率分析

分数阶傅里叶变换(FRFT)是分析线性调频信号(LFM)最有效的工具之一.本文研究了LFM信号在分数阶傅里叶域(FRFD)上的分辨性能以及变换阶次上的分辨性能,并研究了变换阶次误差对输出信噪比的影响,分别得到了 FRFD分辨率、变换阶次分辨率、输出信噪比损失与信号持续时间及调频率的关系,为利用FRFT进行LFM信号检测和参数估计时的分辨率分析、变换阶次搜索步长的选择等提供一定的理论参考.     

Study of Threshold Setting for Rapid Detection of Multicomponent LFM Signals Based on the Fourth-Order Origin Moment of Fractional Spectrum

By using Fractional Fourier Transform (FRFT) for detecting multicomponent linear frequency-modulated (LFM) signals, weak signal components are usually shadowed by the sidelobes of strong ones and cannot be detected effectively. The CLEAN technique is widely used to improve such a situation via subtracting the detected strong signal component from the multicomponent signals iteratively and applying detection algorithm to the remainder signals. Thus the adverse effect of strong components can be eliminated and weak signal components may be detected. However, since only the strongest LFM component is detected and subtracted in each iteration, the number of detection iteration will be directly proportional to the number of LFM components. Using concept of shading coefficient, a novel threshold setting method for rapid detection of multicomponent LFM signals has been proposed by analyzing the shading relation among the fourth-order origin moment of fractional spectrum (OMFrS) of different LFM components. By employing the proposed method, several LFM components whose fourth-order OMFrS at their own optimal rotation angles are not shadowed by strong components can be detected at the same time in one iteration. Consequently, the number of detection iteration and the computational complexity are reduced dramatically. Simulation results are given to verify that this new approach is valid.     

基于分数傅里叶四阶中心矩的尺度差/时差估计

针对大瞬时宽带线性调频信号的时差/尺度差在低信噪比下估计精度下降和算法运算量大的问题。本文利用时频轴旋转、魏格纳分布和模糊函数的关系推导出分数阶傅里叶四阶中心矩和尺度差的关系式,通过寻找两路信号的分数阶傅里叶四阶中心矩在角度域的位置,即可获得尺度差的估计值。将估计的尺度差对一路信号进行伸缩,并计算伸缩后信号与另一接收信号的时域相关,根据相关峰的位置估计出时差,并对本文算法抗噪性进行定性推导。仿真结果表明,相比于分数阶傅里叶尺度变换时差/尺度差估计算法,本文算法提高了在低信噪比下时差/尺度差估计精度,并对算法抗噪性定量分析得出本文算法抗噪性更好。      

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。      

基于四阶累积量的EM波达方向估计算法

针对低信噪比（signal-to-noise ratio,SNR）下,经典波达方向估计性能下降的问题,提出将信号的四阶累积量与期望最大化（expectation maximization,EM）算法相结合的波达方向估计算法.该方法引入隐含变量进行更新迭代,并求隐含变量的四阶累积量,构造关于待估波达方向的极大似然函数从而求解出信号的波达方向角.仿真结果表明:本文算法能有效地抑制高斯噪声对信号参数估计的影响,同时能利用迭代来提高估计精度.在低SNR时其估计性能优良,具有很好的稳定性和分辨率,有利于高分辨地估计信号的波达方向.     

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.     

基于四阶统计2-D切片的直扩信号多参数估计

基于四阶累积量2-D切片,提出了一种低信噪比环境直扩信号的参数估计方法。该方法可同时估计直扩信号的载波频率和扩频码周期,且还具有较强的抑制噪声的能力。计算机仿真实验验证了其有效性。     

基于分数阶傅里叶变换的LFM信号参数估计预判法

本文提出了一种基于分数阶傅里叶变换(fractional Fourier transform,FRFT)的LFM信号参数预判法,即对线性调频信号先利用FFT进行预判并粗略估计出调频系数值;根据得到的线性调频系数计算出对应的旋转角度,然后根据这个旋转角度做FRFT以找出精确的最大峰值点并精确估计出信号的各参数.理论分析与仿真结果表明该方法在保留原FRFT优点的同时,极大地减少了计算量,为单分量LFM信号的实时处理提供了可能;同时也避免了原基于FRFT(fractional Fourier transform)的二维搜索所带来的频谱伪峰干扰.     

雷达脉冲信号的非线性四阶检测接收机

为改善低信噪比条件下低复杂度的单频雷达脉冲信号的检测性能,提出了非线性四阶检测方法。基于微弱雷达脉冲信号的非友好性会导致非线性四阶检测中存在时间偏差问题,文中提出在单支路非线性检测的基础上增加延时检测支路,实现双支路联合检测,解决非线性四阶检测中的时间定位问题。结果表明:在恒虚警的情况下,该方法表现出优于传统检测接收机的性能。     

一种低复杂度的低信噪比非相干直扩信号捕获算法

针对低信噪比非相干直扩信号捕获问题,本文提出一种区域并行块捕获算法.该算法首先对调制数据偏移量所在区域进行并行预估计并舍弃可能含有数据跳变的非有效数据段,然后对各支路有效数据段进行快速傅里叶变换和非相干累加得到各频点的累加检测值,最后对累加检测峰值进行恒虚警判定和抛物插值以实现信号检测和参数的精确估计.理论分析和仿真结果均表明,本文算法能够根据虚警漏警概率、捕获时间和信噪比要求对参数进行优化,在实现快速可靠捕获的同时保持较低的计算复杂度和资源消耗.