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.     

基于分数阶傅里叶变换的多分量Chirp信号的检测与参数估计

分数阶傅里叶变换是傅里叶变换的广义形式。利用Chirp信号在分数阶傅里叶变换域的特点,提出了对含有多个非平稳Chirp成分的信号在噪声中的检测与参数估计方法。理论分析和仿真结果表明,与现有的基于时间域、频率域和时频域的方法相比,该方法物理意义清楚,计算简便,无交叉项干扰,抗噪声性能强。     

基于分数阶矩估计的非参量CFAR检测

该文针对杂波背景中的CFAR(恒虚警率)检测问题,提出了一种新的CFAR检测器Blind-CFAR检测器。该检测器通过估计杂波的分数阶矩,获得杂波的最大熵概率密度函数估计,进而确定CFAR检测门限。以Weibull杂波为例,仿真验证了Blind-CFAR检测器的有效性。由于采用了非参数估计方法,Blind-CFAR检测器具有结构简单、通用性好等优点,并可应用于未知杂波背景中的目标检测。     

基于分数阶傅里叶变换的CSS抗干扰通信系统设计与实现

为适应新形势下的战场电磁环境,必须寻求一种新型抗干扰通信技术体制.提出了一种基于分数阶傅里叶变换(FRFT)解调的非相干CSS(Chirp Spread Spectrum)扩频抗干扰技术,构建了调制解调模型并分析了其性能.研究表明,该系统在线性调频干扰情况下性能优于DSSS约2dB;同步实现难度低于直接序列扩谱(DSSS),易于在扫频扩频的基础上加入跳频功能实现二维扩频系统.通过DSP实现验证了方案的可行性.     

基于分数阶傅里叶变换的Chirp浅剖精细探测方法

实现弱回波信号检测和高信噪比(SNR)浅剖图像获取是浅剖精细探测的首要任务。该文在分析分数阶傅里叶变换(FrFT)解卷积原理,推导时间量纲化变换公式的基础上,提出一种基于FrFT的浅剖精细探测新方法。该方法通过FrFT解卷积实现分数阶傅里叶域(u域)沉积层冲激响应求解,采用u域加窗滤波技术对带内噪声进行有效抑制,经时间量纲化变换实现高信噪比u域沉积层冲激响应包络信号至时域浅剖包迹的直接变换,得到高质量的浅剖图像。仿真实验和实测数据处理验证了算法的精细探测能力,算法性能优于脉冲压缩和自回归(AR)预测滤波方法。     

非均匀采样信号的分数阶数字频谱研究

利用分数阶Fourier变换对实际采样过程中出现的非均匀、非理想采样信号进行了分数阶频谱分析与研究,得到了这类非均匀采样信号在分数阶Fourier变换域的数字频谱表达形式.由此进一步得到了非均匀采样Chirp信号在分数阶域的频谱表达式,并分析了非均匀采样Chirp信号在分数阶Fourier变换域的分数阶频谱性质,最后仿真结果证明了结论的正确性.     

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。     

基于谱图预处理的卫星通信信号盲检测

传统功率谱检测是建立在噪声谱的均值和方差满足不随频率变化假设基础上的,而实际非协作卫星通信中的噪声谱一般并不满足此假设,导致该方法的检测性能受限。该文用滑动窗最小二乘法对接收信号进行预处理,使噪声谱趋近满足上述假设,由此提出了一种卫星通信信号的盲检测方法,并推导了相对于传统功率谱检测方法的性能改善因子。仿真结果表明：该方法在相同条件下检测性能一般明显优于传统的功率谱检测方法,且具有计算量小、易于实现等优点。     

分数阶Fourier域中多分量chirp信号的遮蔽分析

本文从分数阶Fourier变换与时频分布的关系入手,在离散分数阶Fourier变换算法基础上导出了单分量chirp信号分数阶Fourier谱强度的近似表达,并依据分数阶Fourier变换的线性性质,得到了调频率不同的两分量chirp信号间分数阶Fourier谱相互遮蔽的量化结果,给出了图例分析,并进行了仿真验证.通过本文的分析可以知道分数阶Fourier域中调频率不同的多分量chirp信号间的相互遮蔽主要取决于各自的幅度、调频率和采样时间.当多分量chirp信号幅度、调频率确定后,可以通过延长采样时间来降低各分量间的相互遮蔽.     

基于分数阶Fourier变换的并行组合扩频Chirp水声通信系统研究

Chirp信号具有较大的时宽带宽积,因此具有较强的抗多普勒扩展的能力,近年来在水下通信环境中得到广泛应用。但由于水声信道带宽非常有限,而Chirp信号又是一种宽带的信号,因此水下多载波Chirp系统中的的通信速率一般较低。利用Chirp信号在分数阶Fourier变换(Fractional Fourier Transform,FrFT)的最佳分数阶变换域的冲激特性,结合并行组合扩频(Parallel Combinatory Spread Spectrum,PCSS)技术,本文提出了一个基于FrFT的并行组合扩频Chirp水声通信系统。该系统的特点是:一方面充分利用Chirp信号的性质,在保证可靠性的同时,省去均衡环节,大大简化通信系统接收端结构;另一方面,通过并行组合多载波的选择方式有效提升了系统的速率,提高了系统的频带利用率。通过在计算机仿真和实验室水池实验验证了该系统的性能。     

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.     

基于聚类分析的分数阶Fourier变换信号分离与检测

针对应用分数阶Fourier变换检测多分量信号计算量大、效率低的问题,提出在分数 阶Fourier域采取混沌-多步拟牛顿法和聚类分析相结合的方法分离与检测信号。在保证全局 快速搜索最强信号的条件下,实现一次检测多个较强信号,并将已检信号逐次消去,减小对 剩余信号检测的影响。仿真结果表明,该方法能快速分离检测多种调制的频谱混叠信号。     

Improved Parameter Estimation for Chirp Signals Based on Cyclostationarity

The problem of concern here is parameter estimation of chirp signals in the presence of multiplicative and additive noise. An improved cyclostationarity based algorithm is proposed to estimate the phase parameters. The novelty of the proposed algorithm lies in the iterative estimation of the second-order parameters. The main characteristics of the method include reduction in error propagation effect, increase in estimation accuracy, and operation over a wider range of phase parameter values. Simulation results demonstrate that the proposed algorithm has better performance than the conventional cyclostationary estimation method.     

基于OMP分解的宽带Chirp信号多参数估计

将信号稀疏分解——正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit,OMP)引入到阵列 信号处理领域,在OMP分解的基础上,提出了宽带Chirp信号多参数估计方法。首 先根据宽带Chirp信号形式建立过完备原子库,对阵列接收信号在该过完备原子库上利用 OMP做稀疏分解,从而由最佳匹配原子的参数获得信号的起始频率和调频斜率的估 计,得到宽带Chirp信号形式。在此基础上,再根据阵列结构和已获得的宽带Chirp信号形式 建立另一个原子库,通过计算阵列接收数据与原子库中原子之间的互相关矩阵的迹,搜索迹 的最大峰值找出最匹配的原子,进而由最佳原子的参数获得信号的波达方向角度（Directio n of Arrival, DOA）的估计。仿真实验证明了该算法对参数估计的有效性,并且表明与WVD ( WignerVille Distribution)方法相比,该方法能更有效地对信号的波达方向角度进行估 计。     

基于四阶累积量的宽带OFDM信号DOA估计

当宽带OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)独立信号和相干信号共存时,传统四阶累积量方法无法估计出宽带OFDM相干信号的来波方向,针对这个问题提出了一种新算法。该算法首先通过离散傅里叶变换,将宽带阵列接收数据分解为若干个窄带信号,通过四阶累积量方法估计出各个频点处独立信号的来波方向,将各个频点处的独立信号的DOA估计相加求平均即为宽带OFDM独立信号的DOA估计;然后分离出独立信号的信息,构造出一个只包含OFDM相干信号信息的矩阵,最后通过稀疏重构的方法估计出OFDM相干信号的DOA。计算机仿真结果证明该算法适用于非高斯信号和色噪声情况。     

基于分数阶傅立叶变换的改进CS算法

线频调变标(CS)算法是合成孔径雷达(SAR)中经典的成像方法,它使用Fourier变换对回波信号进行匹配滤波而实现成像.因为Fourier变换下的匹配滤波没有考虑chirp信号频率和时间之间的线性关系,故没有发挥chirp信号的潜在性能.为了更有效利用chirp信号时频关系,改进成像分辨率,本文引入分数阶傅立叶变换的方法,提出并分析了基于分数阶Fourier变换的线频调变标算法(FrCS).对机载SAR系统的仿真结果表明,FrCS算法提高了信噪比,有更好的聚焦性,改善了主旁瓣比.结论是,FrCS算法与传统的基于Fourier变换的CS算法相比有更优越的性能.     

基于高斯短时分数阶傅里叶变换的多分量LFM信号检测与参数估计

该文针对线性调频信号,提出一种基于分数阶波包变换分析方法高斯短时分数阶傅里叶变换。通过旋转角度的搜索及高斯窗口宽度的调整,能够在低信噪比条件下对多分量LFM信号进行检测,避免交叉项的出现,并能得到参数的估计值。通过推导分析给出变换结果的解析表达式,计算机仿真结果也表明了该变换的有效性。     

基于延迟相乘的相关跳频信号鲁棒检测

从相关跳频扩谱系统在每一跳中发送频率恒定的正弦波这一典型特征出发,对相关跳频扩谱信号在经过延迟相乘低通处理后所具有的基于跳驻留时间的恒值特性进行了研究。提出了一种可实现对相关跳频扩谱信号侦察检测的有效方法——基于延迟相乘低通滤波的相关分析法。计算机仿真显示该方法不但能在低信噪比环境下凸现相关跳频扩谱信号的特征,而且同时能够实现对跳驻留时间的估计。     

基于双通道DFRFT互谱法的Chirp信号时延估计

针对脉冲Chirp类信号的时延估计问题,理论推导了基于离散分数阶Fourier变换的脉冲Chirp信号的特性,分析了当时延参量等效的分数阶Fourier域的频率大于采样率时,脉冲Chirp信号的分数阶Fourier域谱产生混叠,造成时延估计模糊的问题,并提出基于离散分数阶Fourier变换（DFRFT）双通道互谱法进行时延估计,给出两个通道采样率选取的原则及算法的性能分析,实验结果表明,在一定的采样率下,算法能够快速精确地估计脉冲Chirp信号的时延参数.     

基于时频子空间分解的宽带线性调频信号DOA估计

针对具有时变方向向量的宽带线性调频信号,该文建立了基于短时Wigner-Ville分布(WVD)的空间时频分布矩阵,通过对各个空间时频矩阵的特征分解获得对应的信号子空间和噪声子空间,给出了基于时频子空间投影实现多个时频点综合估计信号DOA的算法。利用空间时频分布的前后向平滑解决了具有相同时频特性信号的均匀线阵DOA估计问题。算法不需要聚汇和插值等复杂的矩阵变换,精度较高,计算简便.仿真实验显示该算法性能显著优越于基于矩阵插值的宽带调频信号DOA估计算法.