低信噪比突发信号载波频偏估计算法

快速准确的载波频偏估计在突发信号的相干解调中发挥着至关重要的作用。目前的载波频偏估计算法很难同时兼顾估计精度、信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)门限以及估计范围等指标。针对这一问题,提出了一种数据辅助的基于接收信号自相关序列离散傅里叶变换(discrete Fourier transform,DFT)的载波频偏估计算法。该算法通过对接收信号的自相关进行加窗处理,借助离散傅里叶变换来实现频率估计。仿真结果表明,与经典的M&M算法相比,该算法具有更低的信噪比工作门限,在低信噪比情况下具有更低的差错概率和更宽的估计范围,非常适合低信噪比突发信号的载波频偏估计。     

基于幅度辅助的中国余数定理多目标多普勒频率估计算法

脉冲多普勒(pulsed Doppler, PD)雷达在低脉冲重复频率工作模式下,基于封闭式鲁棒中国余数定理(closed-form robust Chinese remainder theorem, CFRCRT)算法可以实现单目标多普勒频率快速且精确的估计,但由于多目标的频率余数与目标对应关系事先未知,往往对基于CFRCRT进行多目标多普勒频率估计带来困难。对此,基于幅度辅助利用聚类分析技术,提出频率余数分组匹配的方法,解决了基于CFRCRT多目标多普勒频率估计问题。针对频率余数分组匹配过程中,传统离散傅里叶变换的频谱泄露和栅栏效应导致匹配性能不高的问题,采用全相位离散傅里叶变换(all phase discrete Fourier transform, apDFT)实现高性能的频率余数分组匹配。理论分析和仿真结果表明,所提算法可以有效地实现PD雷达多目标多普勒频率估计。     

引入阈值和判决指导的DFT信道估计算法

针对传统的基于离散傅里叶变换（discrete Fourier transform, DFT）的信道估计算法中滤噪性能不够理想的问题,提出了一种在正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)系统中引入阈值和判决指导的DFT信道估计算法,采用阈值法对噪声进行两次降噪处理。仿真结果表明,该算法在高信噪比和低信噪比下均可提高信道估计的性能,其归一化均方误差(normalized mean square error, NMSE)指标优于传统算法。     

基于移不变二维混合变换的机场雷达噪声抑制

机场跑道异物(foreign object debris, FOD)检测对飞行器的安全起降有着非常重要的意义,而机场跑道异物检测的一个关键环节是很好地抑制机场雷达图像的噪声,因此提出一种基于距离时间维的移不变混合变换以抑制机场雷达图像的噪声。首先,在雷达成像时进行离散傅里叶变换(discrete Fourier transform, DFT)和维纳滤波滤除距离维上的噪声。然后,在雷达成像时进行超分析离散小波变换(hyperanalytic wavelet transform, HWT)自适应滤波去除时间维上的噪声。与传统的成像后去噪算法相比,本文的算法可以有效地去除机场雷达图像噪声,显著地改善图像的视觉效果。最重要的是该算法具有很强的实时性,可以很好地应用到工程实践中。     

多载频MIMO雷达距离栅瓣抑制方法

多载频多输入多输出 (multiple-input multiple-output,MIMO）雷达采用稀布阵发射多载频调频连续波（frequency modulated continuous wave,FMCW）信号,阵列接收目标回波。分析了多载频MIMO雷达的信号模型,给出了发射接收综合处理过程,分析了距离栅瓣产生机理,讨论了子带宽和天线频差取不同值时距离栅瓣的分布情况,提出了基于加权和离散傅里叶变换 (discrete Fourier transform,DFT)的距离栅瓣抑制方法。加权法是在综合的同时完成距离栅瓣抑制,DFT法则是在脉压时完成。仿真结果表明,两种方法均能实现距离栅瓣的有效抑制。     

全相位FFT相位差频谱校正法改进

基于全相位快速傅里叶变换（fast Fourier transform, FFT）的相位差频谱校正法由于未计及负频率的影响,导致低频信号参数估计精度下降。针对此问题,提出一种改进的全相位FFT相位差频谱校正法,该算法在计算传统FFT时,消除了负频率对频谱分析的影响。介绍了全相位频谱分析原理及全相位FFT相位差频谱校正算法,分析了负频率对低频信号频谱分析造成影响的原因。在计及负频率影响的情况下推导了非整周期采样条件下单频余弦信号的频率、幅值和相位的计算公式。仿真结果表明,计及负频率影响的算法提高了基于全相位FFT的相位差频谱校正法对低频余弦信号参数估计的精度,算法抗噪性能得到改善。     

正弦调频干扰下二进制偏移载波的精确捕获

针对正弦调频(sinusoidal frequency modulation, SFM)干扰下二进制偏移载波(binary offset carrier, BOC)信号捕获困难的问题,提出了一种基于离散SFM变换(discrete SFM transform, DSFMT)和部分匹配滤波结合全相位快速傅里叶变换(partial matched filter-all phase fast Fourier transform, PMF-apFFT)的干扰抑制捕获改进算法。该算法首先通过FFT估计SFM干扰的调制频率,在调制频率估计的基础上进行DSFMT,然后从DSFMT域中去除干扰成分再做DSFM反变换(inverse DSFMT, IDSFMT)实现干扰抑制,最后对干扰抑制后的BOC信号采用PMF-apFFT方法完成精确捕获。理论分析与仿真结果表明,所提算法在不影响DSFMT性能的前提下大幅简化了传统DSFMT的计算复杂度,并且在同等情况下,当检测概率为1时,所提算法的性能相比于DSFMT结合PMF-FFT的算法提高了大约3 dB。     

正弦调频干扰下二进制偏移载波的精确捕获

针对正弦调频(sinusoidal frequency modulation, SFM)干扰下二进制偏移载波(binary offset carrier, BOC)信号捕获困难的问题,提出了一种基于离散SFM变换(discrete SFM transform, DSFMT)和部分匹配滤波结合全相位快速傅里叶变换(partial matched filter-all phase fast Fourier transform, PMF-apFFT)的干扰抑制捕获改进算法。该算法首先通过FFT估计SFM干扰的调制频率,在调制频率估计的基础上进行DSFMT,然后从DSFMT域中去除干扰成分再做DSFM反变换(inverse DSFMT, IDSFMT)实现干扰抑制,最后对干扰抑制后的BOC信号采用PMF-apFFT方法完成精确捕获。理论分析与仿真结果表明,所提算法在不影响DSFMT性能的前提下大幅简化了传统DSFMT的计算复杂度,并且在同等情况下,当检测概率为1时,所提算法的性能相比于DSFMT结合PMF-FFT的算法提高了大约3 dB。     

OFDM水声通信系统LS-DFT信道估计算法

对于正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)水声通信系统,频域最小二乘(least square, LS)信道估计算法受噪声影响较大,离散傅里叶变换(discrete Fourier transform, DFT)插值算法引入了由于空载波所产生的误差。针对上述问题,提出了一种LS-DFT信道估计算法,先对导频子载波进行LS信道估计,再通过DFT作降噪处理,然后通过误差对比和数据替换,得到一组新的导频信道估值,最后通过线性插值获得数据子载波处的信道估值。理论分析和仿真结果均表明,该算法能以较小的复杂度有效提升系统的性能。     

利用FFT/WFFT-DWT提高雷达处理增益的性能分析

当目标的多普勒频率与FFT滤波器组不精确匹配时,会产生FFT的高副瓣现象。利用加窗FFT可以抑制副瓣,但降低了主瓣信噪比。在WFFT输出端利用离散小波变换(discrete wavelet transform,DWT)可以改善雷达处理增益(processing gain,PG),推导了单边形式WFFT-DWT的处理增益公式,并利用FFT/WFFT-DWT进一步提高雷达处理增益。检测性能分析表明,FFT/WFFT-DWT在存在频率偏移时有比FFT/FFT-DWT和FFT更好的检测性能。     

基于震荡权重粒子群杂交的过2采样DFT滤波器组优化设计

基于离散傅里叶变换(discrete Fourier transform, DFT)滤波器组的数字射频存储器具备宽频带覆盖和干扰宽带雷达的特点。针对临界采样时DFT滤波器组信道间混叠严重的问题,推导了过2采样DFT滤波器组的高效多相实现结构,将带间混叠减少了一半。为进一步提高重构信号的精度,提出了基于震荡粒子群杂交算法的滤波器频域设计方法,通过优化目标函数,提高了输出峰值信噪比,降低了最大输出误差,缩减了优化求解时间。仿真结果验证了过2采样DFT滤波器组结构的正确性,提出的震荡权重粒子群杂交滤波器设计可以精确地重构跨多个信道的宽频信号,具备干扰宽频信号的能力。     

基于循环前缀的MIMO-OFDM改进信道估计算法

多输入多输出正交频分复用(multiple input multiple output-orthogonal frequency division multiplexing, MIMO-OFDM)系统中,为提升最小二乘(least squares, LS)信道估计算法的估计精度,可以利用离散傅里叶变换(discrete Fourier transform, DFT)算法对LS算法进行改进,然而,DFT算法对最大时延内的噪声未作处理,因此算法的估计精度仍易受噪声影响。针对这一不足,本文提出基于循环前缀(cyclic prefix,CP)的改进DFT信道估计算法。该算法以CP的长度为标准,对CP长度外的信道系数置零,对CP长度内的信道系数设置门限值,将模值小于门限值的信道系数置零。理论分析和仿真结果表明,改进算法中噪声被有效抑制,估计算法的精度得到提高。     

基于子频带分解的宽带信号干涉法测向算法

研究了宽带信号波达角的精确估计方法,提出了一种适合宽带信号的干涉法测向算法。该算法利用阵元间的延时估计波达角。先对信号作快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT),选取信号在6 dB带宽内的谱线,每根谱线看作一个单频信号,采用窄带鉴相方法对各单频信号分别鉴相并估计该频率点上的延时,最后对各延时估计值进行加权平均。证明了信号在各频率点上的能量与频率平方的乘积是最佳加权系数。本算法具有计算量小、算法简单等优点。延时估计的仿真性能接近克拉美-罗限。     

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%。     

基于LPFT-MUSIC的窄带多项式相位信号波达方向估计方法

基于局部多项式傅里叶变换（local polynomial Fourier transform, LPFT）,提出了一种新颖有效的窄带多项式相位信号波达方向估计算法。虽然LPFT比Wigner-Ville分布运算复杂,但该变换具有更优的瞬时频率估计能力、较低的交叉项影响,及处理多项式相位信号的能力。理论分析表明,本文方法的信噪比提升能力优于基于Wigner-Ville分布的传统时频子空间多重信号分类（multiple signal classification, MUSIC）法。仿真实验验证该方法的性能。     

三阶离散chirp傅里叶变换研究

多项式信号的参数估计是信号处理领域的重要问题,利用三阶离散chirp傅里叶变换可以对三阶多项式信号进行参数估计。研究三阶离散chirp傅里叶变换。给出了三阶离散chirp傅里叶表达式,分析了三阶离散chirp傅里叶变换和三阶连续chirp傅里叶变换的关系。提出了把三阶离散chirp傅里叶变换分解为频率线性chirp率平面、频率二次chirp率平面、线性chirp率二次chirp率平面的方法。利用此方法分析了三个平面内的主瓣、旁瓣的大小。讨论了不同采样率对三阶离散chirp傅里叶变换性能的影响。计算机仿真结果证明了分析的正确性。     

改进的全相位时移相位差频谱分析算法

针对全相位频谱分析算法对采样序列中心样点有特殊要求以及当频偏量绝对值为0.5时会影响频率估计值的问题,提出了一种改进的全相位时移相位差频谱分析算法。该算法首先对序列向左循环移动一位,形成只有一位时移关系的两个序列,〖JP2〗然后分别进行全相位快速傅里叶变换(all phase fast Fourier transform, APFFT),计算过程中忽略相位差补偿值,避免频偏量的引入,通过两序列主谱线间相位差的直接计算便可得到信号的频率和初相估计值。仿真实验表明该算法计算简单,适用范围广,参数估计精度高且频率估计精度稳定性好。     

电力谐波滑窗迭代DFT检测算法的研究与仿真

有源电力滤波器的动态补偿要求能够准确、实时地检测出电网中瞬态变化的畸变电流。针对现阶段有源电力滤波器畸变电流检测方法存在工频周期时延、计算量大等不足,提出了一种基于离散傅立叶变换的滑窗迭代DFT(Discrete Fourier Transform,DFT)算法。该方法能有效地提高系统的实时性、目标跟随特性和抗干扰性,并且具有计算量小、容易工程实现的特点。利用MATLAB进行了滑窗迭代DFT仿真实验,实验结果表明该算法的有效性和正确性。     

调频连续波SAR慢速动目标参数估计与成像

由于连续波合成孔径雷达（synthetic aperture radar, SAR）特有的工作方式,带来了不同的回波信号形式。首先分析了调频连续波（frequency modulated continuous wave, FMCW）SAR动目标回波信号模型,然后在补偿连续波SAR与脉冲式SAR不一致性的基础上,提出了一种基于Chirp Z变换校正动目标回波包络距离弯曲,Radon变换校正剩余距离走动,改进的离散Chirp傅里叶变换（modified discrete Chirp Fourier transform, M DCFT）搜索参数的新方法,动目标仿真数据处理验证了该方法参数估计的准确性和有效性。另外根据估计的参数对动目标成像取得了良好的聚焦效果。     

基于FRFT的天波雷达多机动目标检测

天波超视距雷达（over-the-horizon radar, OTHR）中,机动目标信号存在频谱扩展,导致目标检测性能下降。强的海杂波进一步增加了机动目标的检测难度。针对该问题,考虑到海杂波信号能量主要集中在零频附近,而且可以建模为一个自回归（auto-regressive, AR）过程,用AR滤波器抑制海杂波;考虑到机动目标信号近似为线性调频信号,而分数阶傅里叶变换(fractional Fourier transform, FRFT)能有效积累线性调频信号的能量,因此采用FRFT算法估计目标运动参数,实现机动目标检测;在此基础上用分级迭代的FRFT进一步降低运算量;针对多目标检测问题,用“CLEAN”方法逐个检测机动目标。仿真结果表明,与已有的离散多项式变换（discrete polynomial transform, DPT）算法相比,本文算法可以更好地适用于多目标检测;与Radon Wigner变换算法相比,本文算法可以达到更高的参数估计精度。