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多分量线性调频信号的时频分析

邹虹  
【摘要】: 在对大量实测ISAR飞机成像数据的研究中,我们发现,由于飞机的飞行速 度及姿态的变化,目标各散射点回波是非平稳的,许多情况下,可近似为多分量 线性调频信号。因此,对于机动飞行的飞机,传统的傅立叶交换成像法已不适用, 而是要设法获得各散射点正确的时频结构,进行目标的瞬时成像。 线性调频信号这种大时宽带宽积信号,不仅常出现在,也广泛应用于雷达、 声纳、通信、医学、地震探测等等众多信号处理领域中,因而,对线性调频信号 展开讨论,具有理论意义和实用价值。 对于非平稳信号,时频分布提供了一种更为直接且有效的手段,以获得其时 频结构。然而,在有多分量信号存在时,时频分布中交叉项的出现,却严重影响 了信号时变谱规律的可分辨性和可解释性。抑制交叉项,一直是时频分布研究领 域中一个棘手的问题,也是时频分布得以更广泛应用于各信号处理领域所要克服 的困难。 本文针对多分量线性调频信号,着重探讨如何抑制多分量线性调频信号时频 分布中交叉项的问题,以期获得具有高时频分辨力的时频结构图。全文主要从两 个角度出发来抑制交叉项的影响。一是基于模糊域自适应信号来设计核函数,获 得自适应核的时频分布;二是将多分量信号分解,并分别对被分解后的各子分量 进行时频分析。主要工作概述如下: ◇ 针对多分量线性调频信号,提出了一种新的自适应核时频分布—自适应高斯 核分布(AGD),采用高斯型核函数,并基于信号模糊域的特点,自适应设 计核函数,给出了简单而有效的核函数估计准则。仿真数据及实测ISAR飞 机成像数据的实验结果表明,采用自适应高斯核分布,能够较好地抑制多分 量线性调频信号时频分布中的交叉项,同时,保持了较高的信号时频聚集度。 利用AGD的时频分析结果对实测数据进行瞬时成像,能够较清晰地反映目 标的飞行姿态。 ◇ 以自适应高斯核分布为例,分析了基于模糊域自适应设计核函数的时频分布 以及核参数的估计对信号自身项及交叉项的影响,从而说明自适应核相对于 固定核的优势所在。总结了基于模糊域自适应设计多分量线性调频信号核函 -11 多分量线性调频信号的时频分析 一 数的一般方法,分析了不同类型核函数的选取对时频分布的影响,进而说明 己有的一些基于模糊域自适应设计核函数的方法所存在的缺陷。 4 借鉴“ CLEAN”快速谱估计算法的思想。针对各分量具有不同持续长度、包 络缓变的多分量线性调频信号,提出了一种基于频域“CLEAN”分离多分量 信号,从而抑制其Wgner分布中交叉项的方法,简称其为FC-WVD。详细介 绍了该方法的原理及实现过程,并讨论了基于信号频域采用滤波技术提取信 号分量对信号中各分量及其WgnCr分布的作用和影响。仿真及实测ISAR成 像数据的实验结果表明,FC-WVD在提高信号时频分辨力、抑制交叉项的干 扰方面,有着令人较为满意的表现。该方法也适用于处理近似的正弦或线性 调频信号,这一点在实际应用中更有意义。 个 分析了频域“ CLEAN”与分数阶傅立叶变换和 Radon-Wgner变换(RWT) 的关系,并讨论了FC-WVD与RWT-滤波反投影的相似与不同。这些分析, 使得FC-WVD更具有理论意义。 个 依照自适应投影分解法的思想,针对多分量线性调频信号,以高斯型线性调 频小波作为基函数,提出一种简单而有效的自适应线调频小波基估计算法。 分析了算法的适用范围,实验结果证明了算法的有效性和准确性。采用该算 法可更好地恢复信号中各分量的时频信息,因而对各基函数分别进行时频分 析,可得到原信号具有高时频分辨力的时频分布。


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