FRFT在水声信道时延频移联合估计中的应用

由于水声信道的复杂性和多变性,信号在水声信道传播中将伴随着多径时延与多普勒频移,二者是水声信道估计中两个重要的参数。基于分数阶傅里叶变换(fractional Fourier transform, FRFT)的时延和频移特性,提出一种采用多分量线性调频(linear frequency modulated, LFM)信号的水声信道估计方法,通过分析分数阶傅里叶域上峰值的偏移,联立不同阶次的时延和频移方程,可得到水声信道的时延和频移值。理论推导及仿真结果表明,该方法计算量小,且随着LFM信号分量数和调频率差值的增大,能在一定程度上减小估计的时延误差和频移误差。水池实验中选用具有相反调频率的双LFM信号作为估计信号,估计出多径时延与运动目标的多普勒频移,并给出了水下目标的运动速度。实验结果表明,FRFT估计法简单有效,在水声信道多径时延与多普勒频移估计上具有较好的实际应用价值。     

离散分数阶Fourier变换的LFM信号时延估计

根据Ozaktas的采样型离散分数阶Fourier变换算法,针对线性调频信号,结合分数阶Fourier变换对线性调频(LFM)信号的独特聚集性,研究了基于Ozaktas离散分数阶Fourier变换的含多普勒的LFM信号时延估计,给出了线性调频体制雷达分数阶Fourier域的目标检测与测距具体实现,并与经典数字脉压对雷达目标测距的分辨力、时延估计误差、运算量进行对比分析,结果验证了基于Ozaktas离散分数阶Fourier变换时延估计的可行性及有效性。     

抗多普勒效应FRFT-PPM水声通信技术

针对现有水声通信系统抗干扰性能不佳和易受多普勒效应影响的问题,提出了基于分数阶Fourier变换的脉冲位置调制(fractional Fourier transform pulse position modulation, FRFT-PPM)的水声通信系统方案及分数阶域多普勒效应补偿方法。FRFT-PPM水声通信系统采用线性调频（linear frequency modulation, LFM）信号作为通信载波,借用PPM原理将信息调制到分数阶域脉冲位置中进行传输,具有通信速率可调,最高可达1.6kbit/s,抗噪声干扰能力强的优点。根据LFM信号较大多普勒容限和分数阶Fourier变换尺度变换特性,采用分数阶域分数阶域峰值位置补偿来抑制相对运动产生的多普勒效应。通过大量计算机仿真和湖试试验,验证了FRFT-PPM通信系统及分数阶域多普勒效应补偿算法的有效性与可行性。     

#br# 近场宽带LFM信号被动测向和测距方法

提出了一种采用分数阶傅里叶变换的聚焦波束形成被动定位方法,实现了水声近场宽带线性调频(linear frequency modulated, LFM)信号的被动测向和测距。建立了基于球面波模型的近场宽带LFM信号接收数据模型,应用分数阶傅里叶变换(fractional Fourier transform, FRFT)将LFM信号的时变阵列流形矩阵变换为固定阵列流形矩阵,结合近场声源的聚集波束形成技术,利用多重信号分类算法实现了对多个宽带LFM信号的方位与距离联合估计。数值仿真验证了该方法对水声目标方位和距离估计的有效性,并仿真分析信噪比、声源距离、声源个数等对该算法性能的影响。     

分数阶Fourier变换与时频滤波

针对LFM信号非平稳性,分析了在分数阶Fourier域对LFM信号作时频滤波的含义,给出了扫频滤波器在分数阶Fourier域的实现方法,并在此基础上推广得到分数阶Fourier域的一般乘法滤波器。通过对实测混响数据和LFM信号的分离效果仿真,发现分离前后信混比得到了较大提高,并且初始信混比越低,则提高效果越明显。     

α稳定分布噪声下水声线性调频信号的识别

线性调频(linear frequency modulation,LFM)信号是一类重要的水声信号,在低信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)和α稳定分布噪声条件下,对LFM信号进行识别会遇到一些困难。针对这个问题,在浅海水声多途脉冲噪声信道条件下,提出了适用于低SNR条件的LFM信号识别方法。该方法首先通过非线性变换抑制脉冲噪声,然后进行离散分数阶傅里叶变换(discrete fractional Fourier transform,DFRFT),通过分数阶傅里叶变换(fractionalFourier transform,FRFT)的结果构造出识别特征量,最后通过支持向量机(support vector machine,SVM)完成对LFM信号的识别。仿真实验结果表明,在混合信噪比（mixed signal-to-noise ratio,MSNR）为-15 dB时正确识别率高于94%。     

时域欠采样线性调频信号参数估计方法

针对Nyquist采样频率过高 ,硬件实现困难的问题 ,提出了一种基于分数阶傅里叶变换的时域欠采样线性调频信号参数估计方法。该方法首先用时域解线调方法估计调频斜率 ,然后在分数阶傅里叶变换域进行滤波 ,实现信号提取。利用PRO ESPRIT方法进行初始频率估计。数值仿真表明 ,本方法能够实现多个线性调频信号的高精度参数估计 ,在低信噪比下仍有较好的估计性能     

高精度LFM信号参数估计的谱校正方法

为精确估计噪声背景下线性调频（linear frequency modulation, LFM）信号的调频率和中心频率等参数,提出了一种基于Radon模糊变换（Radon-ambiguity transform, RAT）和分数阶傅里叶变换（fractional Fourier transform, FRFT）的离散谱校正估计方法。该方法将LFM信号的调频率和中心频率估计问题转化为模糊域和分数阶Fourier域上的两次一维谱峰搜索过程,并且通过对矩形窗截断的LFM信号的RAT和FRFT谱线结构分析,将能量重心谱校正法引入两次谱峰搜索过程,在不增加运算量的基础上实现了谱峰位置的超分辨率估计,较大幅度地提高了信号的参数估计精度。仿真结果显示,对于单分量LFM信号情况,该方法对信号的RAT和FRFT谱峰位置的校正误差分别降到了扫描步长的1.55%和4.94%,证明了该方法的有效性。     

基于分数阶傅里叶变换的LFM混响空时预白化方法

针对主动声纳在浅海混响背景下线性调频(linear frequency modulation, LFM)信号检测的高虚警问题,提出了基于分数阶傅里叶变换(fractional Fourier transform, FRFT)的空时预白化(space time prewhitening, STPW)方法。该方法利用FRFT对LFM信号良好的频域聚焦性,将混响信号变换到分数阶傅里叶域进行白化处理,使混响中的线变频率变换为稳定频率,增强了混响的局部稳定性,从而改善了混响的白化效果。通过实测混响数据对所提方法进行了验证,实验结果表明,所提方法使匹配滤波检测器的统计性能在信混比(signal to reverberation ratio, SRR)-16 dB~0 dB范围内平均提高了13%,显著提高了主动声纳在混响背景下的检测性能。     

基于功率谱形态学运算的LFM信号参数估计

针对当前线性调频（linear frequency modulation, LFM）信号参数估计算法中存在的估计精度与计算量的矛盾问题,提出了一种基于功率谱形态学运算的信号参数估计算法。该算法根据LFM信号参数与功率谱形状特征的关系,实现了LFM信号参数估计。仿真试验表明,在信噪比为-5dB时,LFM信号的调频斜率和起始频率估计精度分别比基于Radon模糊变换(Radon ambiguity transform, RAT)和分数阶傅里叶变换（fractional Fourier transform, FRFT）结合的离散谱校正算法提高了约2%和4.5%,带宽和脉冲宽度估计的均方根误差分别小于2.4 MHz和0.025 μs;当采样点不大于4096时,计算量比插值FRFT算法降低了约70%,证明了该算法具有高估计精度和低运算量的优点     

FRFT域LFM信号的调频率分辨率与相位差的关系

相位差是影响信号分辨的一个重要因素。当采样率足够高时,研究在分数阶傅里叶变换域两个线性调频(linear frequency modulation, LFM)信号的相位差与调频率分辨率的约束关系。通过建立调频率的分辨模型,推导出在两个LFM信号可分辨范围内相位差的上界和下界,只有当相位差处于上界和下界之间时,两个LFM信号才可以分辨。仿真结果表明,分辨率的理论值与实际值之间偏差较小,基本吻合。     

基于分数阶功率谱的LFM信号检测

从分数阶傅里叶变换与Winger-Ville分布的关系出发,推导出分数阶功率谱与模糊函数过原点切片之间的傅里叶变换关系,提出了一种基于分数阶功率谱的LFM信号检测新因子,并证明了该因子与RAT检测因子等价。基于新因子的检测只需计算信号一定角度区域内的分数阶功率谱就能实现检测,因此相比于RAT方法在计算量上具有比较明显的优势。     

基于分数阶傅里叶变换的chirp信号时频分析

提出了一种新的基于分数阶傅里叶变换的伪维格纳分布(PWD),用于单分量或多分量chirp信号的分析。首先通过搜索二阶分数阶傅里叶变换矩的极值点,寻找最佳变换域,然后利用旋转的短时傅里叶变换,在分数阶傅里叶变换域中实现各分量chirp信号间的分离,以抑制交叉项及噪声项的干扰。在已知信号模型的前提下,还给出了分数阶傅里叶变换最佳旋转角度的经验计算公式,以辅助信号分析。仿真实验表明,通过对时频平面的旋转,所提出的方法能够在分数阶傅里叶变换域中,很好地抑制多分量信号间的交叉项干扰,更好地提取信号的时频信息。     

基于FRFT的单基地MIMO雷达稳健波束形成算法

以单基地多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达系统为研究对象, 针对线性调频(linear frequency modulation, LFM)形式的正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)信号, 提出了一种新的稳健自适应波束形成算法。所提算法首先利用LFM信号的特性, 对匹配滤波后的雷达回波信号进行分数阶傅里叶变换(fractional Fourier transform, FRFT), 经化简得到峰值点作为阵列的观测值。而后, 利用观测值构建接收信号的协方差矩阵, 并使用Capon谱估计方法重构干扰加噪声数据协方差矩阵。最后, 通过求解优化问题估计实际导向矢量, 从而得到阵列的最优权值。通过计算机仿真实验, 验证了所提算法的有效性。     

多LFM信号自适应时频表示方法

提出了一种多线性调频信号自适应时频表示方法及其快速算法:首先采用分数阶傅里叶变换的快速算法计算出模糊函数,再通过Radon-Ambiguity变换设计出信号的最优核函数,以滤除噪声和多线性调频信号在模糊域中的互项,最后通过二维傅里叶变换得到信号的时频表示。在多分量线性调频信号情况下借助"clean"的思想来抑制强分量对弱分量的干扰。仿真表明该方法在低信噪比环境下也十分有效,且运算复杂度小。     

基于二维FRFT压缩的上升段弹道目标成像

上升段弹道目标相对于雷达不仅具有很高的径向速度,而且转动速度也近似为匀加速转动,使得去斜后的差频信号和多普勒回波均为多分量线性调频（linear frequency modulation, LFM）信号,若仍采用基于离散傅里叶变换的距离-多普勒(range-Doppler, RD)方法成像,将造成图像在径向和横向的散焦。本文借助分数阶傅里叶变换完成距离压缩和方位压缩,分别在能量聚集性最佳的分数阶谱域提取散射点的距离像和横向像,获得良好的聚焦效果。最后,通过对GRECO软件模拟数据的处理,验证了本文方法的有效性。     

机动目标距离徙动校正与检测算法

在机动目标的检测中,目标的速度、加速度会产生距离徙动和多普勒徙动的现象,影响机动目标的积累与检测性能。针对上述问题,提出一种基于频率轴反转变换与广义变尺度傅里叶变换的机动目标检测快速非搜索算法。首先在距离频域-方位时域利用频率轴反转变换校正距离徙动,回波信号变为线性调频信号;接着利用Wigner-Ville分布变换核与广义变尺度傅里叶变换对目标参数进行估计;最后在距离-多普勒域完成目标能量的积累。与现有方法相比,所提方法可以快速校正距离徙动,实现非搜索的目标参数估计,计算复杂度低。仿真实验表明,该方法可有效完成机动目标的检测与参数估计。     

雷达动目标短时稀疏分数阶表示域探测方法

机动目标检测和精细化运动状态估计始终是雷达信号处理的热点和难点问题,基于时频分布的动目标检测方法难以同时获得高时频分辨率,且参数估计精度受搜索步长的限制。稀疏时频分布技术结合了经典时频分析技术和高分辨稀疏域信号处理的优势,是传统变换域处理技术的扩展。构建了短时稀疏分数阶表示域信号处理框架,并在此基础上,提出了两种雷达机动目标检测和估计方法,即短时稀疏分数阶变换和短时稀疏分数阶模糊函数,实现了时变信号的时间稀疏变换域高分辨表示。对海雷达目标探测试验验证表明,所提方法适用于复杂背景下雷达机动目标的探测,并能获得目标运动状态的精细估计。     

毫米波雷达多运动目标检测算法研究

在现代毫米波雷达多目标检测系统中,多分量线性调频信号时频分析产生的交叉项干扰和复杂的运动补偿等问题显得尤为突出。为了减小交叉项所带来的误差,提出了基于分数阶Fourier变换(fractional Fouriertransform,FRFT)的Choi-Williams-distribution(CWD)变换,即p0阶CWD变换,并与Hough变换结合起来形成了一种新的检测方法。该算法避免了复杂的运动补偿处理过程,降低了计算量。通过对一帧脉冲的初相位回波信号进行的仿真实验,在强背景噪声的情况下能清晰地分辨相距为0.5 m的两个点目标。仿真结果表明此方法可以精确探测成组飞行目标。     

基于分数阶Gabor变换的LFM回波信号压缩采样方法

针对现有的压缩采样系统在线性调频(linear frequency modulated, LFM)回波信号压缩采样重构过程中存在的重构效果不佳的问题,提出一种基于分数阶Gabor变换的回波信号压缩采样方法。首先,利用不同目标回波信号在时延上的差异性,给出基于分数阶Gabor变换的LFM回波信号稀疏表示方法,并分析了分数阶Gabor变换的完备性条件。然后,根据分数阶Gabor变换低通滤波的实现方式,设计了LFM回波信号压缩采样系统,建立了信号重构模型。最后,通过仿真实验与应用实例分析,验证了所提压缩采样系统的有效性。实验结果表明,与现有压缩采样系统相比,所提压缩采样系统的重构误差更低、重构效果更好。