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线性调频和非线性调频信号的检测与参数估计

尉宇  
【摘要】:在时变信号中,线性调频(LFM)信号特别引人注目。作为大时间-频带积的扩频信号,LFM 信号广泛应用于各种信息系统,如通信、雷达、声纳和地震勘探等领域。非线性调频信号(NLFM)在雷达和通讯中也广泛存在。一些脉冲压缩雷达发射具有多项式相位的信号, 通过分析它们的参数, 可以确定雷达的种类和型号。雷达接收机接收到的信号中相位的高次项反映目标相对于雷达的运动特性(速度和加速度等)。在通讯中调幅调频(AM/FM)信号和其他相位调制信号均可以通过对信号的相位做多项式展开, 利用有限阶的多项式相位信号(Polynomial phase signal, PPS) 来近似逼近。本论文首先对所研究的基本理论作简单的阐述。主要介绍了Wigner-Hough 变换(WHT)和分数阶Fourier变换。然后全文就多分量线性调频信号和非线性调频信号的检测与特征参数估计作入如下研究: 1)研究了低信噪比下缓变的长线性调频信号(LFM)的检测。利用缓变长LFM 信号的WHT 峰值点在多帧WHT 平面上运动的规律性与红外图像序列中运动目标本质相似的特征,提出了利用图像处理对红外弱小目标的检测方法与WHT 变换相结合,来检测低信噪比下缓变的长线性调频信号。 2)提出一种基于WHT 的强度相当多分量LFM 信号的参数估计与信号分离改进算法。它可以一次提取多个尖峰值,并结合解线调和窄带滤波器分离和估计各分量的参数。分别提出了用自适应滤波、尖峰局部积累方法和自相关方法来消除虚假点的影响。同时详细讨论了在变幅度情况下的幅度估计算法。 3)以分数阶Fourier 变换(FRFT)为工具,研究低信噪比多源线性调频信号的检测与特征参数估计。分别提出了基于分数阶Fourier 域的能量聚集性检测算法、基于分数阶Fourier 域的高阶统计量及峰度检测算法。同时进行检测率和虚警率分析。然后深入了研究基于分数阶Fourier 域的多分量LFM 特征参数估计方法。 4)利用分数阶Fourier 变换(FRFT)来优化短时Fourier 变换的窗函数,详细地讲述优化原理、广义的时宽-带宽积。并利用FRFT 优化窗的短时Fourier 变换来估计单分量非线性调频信号的瞬时频率(IF)。最后对瞬时频率的估计误差进行了详细的理论分析和实验仿真。 5)用分数阶Fourier 变换和最小时频支撑理论来优化高斯线调频小波的尺度-时间


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