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基于时频分析的LFM及数字信号处理与参数识别研究

孙小杰  
【摘要】:随着现代各种通信技术的发展,非合作通信也逐渐显示出了它在通信领域的重要地位,尤其是软件无线电概念的提出,信号的检测、调制方式识别、参数估计逐渐被业界所关注。本文基于前人的研究成果,提出了一种线性调频信号与通信信号新的调制识别算法,在此基础上,结合时频分析理论,对线性调频信号的检测以及相关参数估计问题进行了一系列的探索研究。 线性调频(LFM)信号作为非常典型的非平稳信号,广泛应用于通信、雷达对抗和声纳等信息系统领域。因此线性调频信号的检测与参数估计问题比一般的平稳信号要复杂的多,能够在低信噪比下快速有效检测线性调频信号并估计其参数,在未来电子对抗领域意义重大。 本文首先给出了线性调频信号模型和时频理论基础,介绍了线性时频表示和双线性时频表示的特性与区别,然后给出信号在时域、频域、时频域的定义及相互关系以及Cohen类时频分布核函数之间的关系。通过计算机仿真实验定性的分析了线性时频分布对线性调频信号的时频聚集性能以及受到噪声、多分量影响时候的变化。另外,通过分析不同信号在频域不同的谱特性,提出了一种线性调频信号与通信调制信号新的调制识别算法,对提出的调试识别参数,首先通过了计算机的辅助仿真,定量分析之后给出了严格的数学推导,从理论上支持了仿真的结果,最后讨论了该参数的抗噪性能及有效适用范围。 为了实现对线性调频信号有效的检测与参数估计,本文首先通过计算机辅助仿真定性分析了WVD、模糊函数对单分量和多分量线性调频信号的时频聚集性能以及受到噪声变换的影响。然后根据分析的结果,即线性调频信号在时频面内表现为直线的特点以及图象处理中Hough变换沿线积分的检测功能,将Hough变换在图像中检测直线的思想与WVD、模糊函数相结合,组成新的WHT变换和RAT变换用于线性调频信号的检测与估计,可以有效的避免多分量信号交叉项的干扰。另外,本文也详细介绍了分数阶傅里叶变换的定义、性质以及对线性调频信号的检测与参数估计。与此同时,针对WHT、FRFT、RAT三种不同检测估计线性调频信号的算法,给出了每种算法对线性调频信号参数估计的具体计算公式及实现步骤,弥补了大部分文献只给仿真结论的空缺。最后对三种算法从计算量、估计精度等定量的分析了计算机仿真的结果。并从理论上讨论分析了三种算法之间的相互关系、性能比较以及各自的优缺点,得到具有实际参考价值的结论。


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