基于跳频的改进加权分数阶傅里叶变换

为提高4项加权分数阶傅里叶变换(WFRFT)的安全性能,提出了一种基于跳频的改进加权分数阶傅里叶变换.通过子载波跳频的方法打乱传统WFRFT中离散傅里叶变换(DFT)矩阵列的顺序,从而使加权傅里叶变换矩阵的周期以及加权系数的周期在跳频序列的影响下呈现多样性,提高其抗截获的性能.仿真结果表明:改进后的FH-WFRFT能够在参数信息被窃听方获取的情况下保护传输信息的安全,相比传统的WFRFT具有更好的抗截获性能.     

基于分数阶傅里叶变换的宽带LFM信号波达方向估计新算法

提出一种新的基于分数阶傅里叶变换和信号子空间分解的宽带线性调频(LFM)信号波达方向(DOA)估计算法.该方法利用LFM信号在分数阶傅里叶变换域的极高的聚集性,在分数阶傅里叶变换域分离信号,并构造分数阶傅里叶变换域的阵列信号相关矩阵.通过对相关矩阵进行特征值分解,估计信号子空间和噪声子空间,并利用MUSIC算法估计宽带LFM信号的波达方向.仿真验证了新方法的有效性.     

基于类间功率谱差的FRFT-TDCS门限判决算法

针对分数阶傅里叶变换域通信系统采用传统门限判决算法难以有效剔除多分量线性调频干扰的问题,根据高斯白噪声和多分量线性调频干扰分数阶傅里叶变换域功率谱特征,提出了基于类间功率谱差的门限判决算法。该算法利用了分数阶傅里叶变换不影响高斯白噪声的统计特性,在分数阶傅里叶变换域的三维频谱上自适应地确定门限值,既可以有效对多分量线性调频干扰频谱剔除,又解决了分数阶傅里叶变换的变换阶次对门限判决带来的不利影响。仿真结果表明,该算法在双极性调制和循环移位键控调制下,对多分量线性调频干扰剔除的有效性,尤其在大干信比情况下,误码率的提升尤为明显,对提高分数阶傅里叶变换域通信系统抗多分量线性调频干扰的能力具有一定的实用价值。     

基于用户协作干扰的IRS辅助安全传输方案

针对协作通信网络无线信道高度开放的信息安全问题,提出一种基于智能反射面(IRS)辅助通信与用户协作干扰的下行链路物理层安全传输方案,并给出了一种基于交替迭代的保密容量最大化算法.该方案中智能反射面通过调整反射相位辅助合法用户进行通信,并且全双工用户在接收有用信号的同时发射人工噪声,从而增强系统信息安全传输.为了求解系统保密容量的非凸优化问题,利用交替迭代算法将其分解为3个子问题,分别对基站波束成形矢量、系统功率分配系数及IRS相移矩阵进行优化.在求解的过程中推导了波束成形矢量和功率分配系数的闭式解,并分别利用连续凸近似和黎曼流形优化两种算法得到了IRS的最佳相移矩阵.分析与仿真结果表明：所提出的方案能够快速收敛,且基于黎曼流形的优化算法具有更低的复杂度.与随机相位或固定功率系数的方案相比,该方案能够显著提高系统安全性能.     

基于分数阶傅里叶变换的量化噪声抑制方法

针对A/D转换器在采样和量化过程中产生的量化噪声问题,提出一种基于分数阶傅里叶变换的量化噪声抑制方法.利用经典量化器的统计特性,分析出量化噪声在分数阶傅里叶域具有白噪声特性,利用过采样和分数阶傅里叶域数字滤波方法对输入信号的量化噪声进行抑制,提高信号质量.理论推导和仿真结果表明,该方法能够有效抑制量化噪声,提高A/D转换器的输出信噪比,而且针对线性调频等信号的量化噪声抑制效果优于传统傅里叶域的方法.      

基于分数阶傅里叶变换步态特征提取

针对短时傅里叶变换等时频分析方法不能提取由腿部和手臂运动产生的细致微多普勒特征这一问题,提出了采用分数阶傅里叶变换的雷达步态信号分析方法.在短时傅里叶分析的基础上,应用分数阶傅里叶变换对步态回波信号进行处理,由实测步态数据生成分数阶傅里叶变换谱图并进行了详细分析.结果表明,通过分数阶傅里叶变换可以从步态数据中提取出手臂、腿部摆动的细致微多普勒特征.     

基于扫频滤波器线性调频信号的滤波算法

研究了白噪声环境下线性调频信号的自适应滤波问题.提出一种线性调频信号(LFM)自适应滤波算法.该算法利用分数阶傅里叶变换将LFM信号转化为正弦信号,在分数阶傅里叶域进行自适应滤波,利用分数阶傅里叶反变换得到滤波后的时域信号.分数阶的滤波器可以使用扫频滤波器替代.性能分析表明,该算法的滤波效果取决于自适应滤波器的效果,在使用最下均方(LMS)算法时,步长的选取决定了滤波器的性能,在实际应用中必须按需选取.仿真表明该算法效果明显,计算方便.     

基于改进Logistic相位扰码的抗截获通信

为进一步提高卫星信号的隐蔽性能,结合加权分数阶傅里叶变换(WFRFT)的星座混淆特性与混沌映射轨迹的抗截获特性,提出一种基于混沌加密的卫星物理层安全调制方案.通过扩展WFRFT加权项参数,增加了卫星信号处理的多样性,在此基础上引入逻辑斯蒂(Logistic)相位扰码,提高了信息破解的难度,利用改进型Logistic映射方法生成相位旋转因子.仿真结果表明:所提出的加密调制方法在保持原WFRFT信号的星座特征和统计特性的基础上,具有更好的抗截获特性,窃听者误码率始终保持在0.5左右.     

卫星混合载波混沌相位扰码安全传输方案

针对卫星通信信号在传输过程中易被截获的问题,提出一种混合载波混沌相位扰码(HCLogistic)传输方案。首先将信号源在基带上进行QPSK映射,映射所得信号经过加权类分数阶傅里叶变换处理后,再将该信号与Logistic映射产生的混沌相位扰码结合,得到最终的基带加密信号;最后将信号经数模转换和上变频过程后送入卫星信道。仿真结果表明,信号经HC-Logistic方案加密,星座图的特征难以识别,且由于Logistic映射具有初值敏感性,截获该方案所需的计算代价是传统加权类分数阶傅里叶变换的10~(20)倍。     

基于被动时反镜技术的FRFT_CSS水声通信系统实验研究

基于分数阶傅里叶变换(fractional Fourier transform,FRFT)的线性调频扩频技术(chirp spread spectrum,CSS)因其具有良好的抗干扰和抗噪声能力而被用于水声通信.在构建的FRFT_CSS系统中,采用被动时间反转镜技术(passivetime reserve mirror,PTRM),以抵抗水声信道严重的多径效应.在保证系统可靠性的同时,提高了码元速率.水池实验表明:基于PTRM的FRFT_CSS系统的性能得到显著提升.     

基于二维离散分数阶傅里叶变换的视觉注意力算法

为了改进现有几种视觉注意力算法存在抗干扰性差的不足,提出了一种基于分数阶傅里叶变换(Fr FT)的视觉注意力算法.首先从信息熵的角度对图像背景中的噪声进行分析,以获取前景目标为目的,利用傅里叶变换中的分数阶与噪声的密度分布进行加权作为显著性图的最终权值,同时依据熵直方图对所获得的显著性图进行优化.最后利用MSRA10K图像库作为输入数据,分析查准率-查全率与受试者工作特征(ROC)曲线.实验结果表明,文中提出的算法有更好的屏蔽噪声能力与自适应能力,在一定程度上能确切地模拟人类视觉.     

基于主动智能反射面和人工噪声辅助的MISO无线安全传输

为实现无线通信系统的安全传输,面向多输入单输出(Multiple Input Single Output, MISO)系统,提出了基于主动智能反射面(Intelligent Reflecting Surface, IRS)和人工噪声辅助的安全传输方案。其中,主动IRS被放置在基站和合法用户之间,用以增强基站到合法用户的机密信息传输,同时抑制窃听者接收到的信号强度。基站通过构建波束成形和人工噪声,进一步改善了系统的安全传输性能。为最大化系统的安全传输速率,设计了关于基站发射波束成形、人工噪声、主动IRS反射相位、主动IRS放大系数的联合优化问题。由于所提问题为非凸优化问题,设计了基于交替优化、连续凸逼近(Successive Convex Approximation, SCA)、半正定松弛(Semi-Definite Relaxation, SDR)的高效算法,并获得高精度的次优解。仿真结果表明,相较于被动IRS、无IRS和IRS随机相位方案,主动IRS方案有更高的系统安全传输速率;相较于无人工噪声方案,引入人工噪声可以进一步提升系统的安全传输速率。     

分数阶傅里叶变换及其在光通信中的应用

 分数阶傅里叶变换是传统傅里叶变换的一种扩展形式,它能够在介于时域和频域之间的分数域内分析和处理信号。由于分数阶傅里叶变换的一些独特的性质,已经被广泛应用于解微分方程、量子力学、图像处理和信号处理当中。本文介绍分数阶傅里叶变换,综述其在滤波器、神经网络、图像处理和无线通信等领域的应用;结合本课题组近年来的工作成果,重点介绍了其在光通信领域中的典型应用;展望了分数阶傅里叶变换在光通信中的发展趋势。     

抗多普勒频移的Ka频段FRFT-OFDM系统及其均衡

针对多普勒频移严重影响Ka频段正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)系统传输性能的问题,提出使用分数阶傅里叶变换(fractional Fourier transform,FRFT)的方法.将多普勒频移引入Ka频段移动卫星信道模型,通过选取不同环境...     

基于加权型三次相位函数和FRFT的LPI信号识别研究

针对低截获概率雷达信号难以识别和分类的问题,提出了基于加权型三次相位函数和分数阶傅里叶变换的低截获概率雷达信号识别算法。用短时傅里叶变换剖析了应用较广的八种低截获概率雷达信号的时频特性,然后依据调频率将其分为两类。先用加权型三次相位函数估计信号的调频率,然后再用分数阶傅里叶变换获得信号的各分量峰值,根据峰值能量比进行细分类。通过大量的实验仿真验证,本算法在信噪比为0 d B的条件下,正确识别率能够达到95%以上。     

联合多层WFRFT与人工噪声的抗截获通信技术

针对卫星通信安全性不高、易被截获的问题,提出一种多层加权类分数阶傅里叶变换(WFRFT)与人工噪声联合的卫星抗截获通信技术.首先,对WFRFT进行改进,提出多层WFRFT,并用其调制对信号进行加密,同时与多入多出(MIMO)技术相结合,使调制信号具有多个调制阶数而加密性更强;其次,通过在合法信道的零子空间上加入人工噪声来恶化窃听方的信道质量,并对人工噪声功率占比进行了优化设计,使得合法方误码率(BER)性能满足通信需要的同时,能够极大降低窃听方接收性能;最后,通过理论分析和仿真验证,表明采用WFRFT与人工噪声联合的抗截获通信技术,在合法方BER曲线右移小于1 dB时,可使得窃听方BER大于1×10~(-2),即基本不能正确解调信号,且此时系统仍具有较高的安全容量.     

多分量微弱LFM信号的检测

提出了一种基于分数阶傅里叶变换的多分量微弱LFM信号的检测方法.首先利用分数阶Fourier域的LMS自适应滤波算法,改善了LMS算法对LFM信号的处理效果.在此基础上,提出了分数阶Fourier域的自适应谱线增强器(ALE)算法,提高了对多分量微弱LFM信号的检测性能,并将分数阶Fourier变换的移动算法应用于谱线增强器,减少了运算量.     

基于DSSS-LFM-FRFT的ZigBee网络中抗RFID干扰研究

针对传统解决ZigBee/RFID(radio frequency identification)2种设备的信号同频干扰问题,采用信道调度算法存在频谱资源利用率低、通信效率低等问题,量化分析了两者信号冲突成因,并提出了基于直接序列扩频再线性调频的分数阶傅里叶变换自适应抗干扰方法(direct sequence spread spectrum-linear frequency modulation-fractional Fourier transform,DSSS-LFM-FRFT)。该方法将传统的ZigBee直接序列扩频技术进行改进,当系统检测到信号干扰时,在接收机解扩之前进行干扰抑制,通过线性调频再扩频技术展宽ZigBee信道信号频谱,接收机前端利用分数阶傅里叶变换滤除掉干扰信号之后再进行分数阶傅里叶逆变换,通过解扩还原信号。实验结果表明,该方法与传统DSSS比较,不仅提高了系统的抗干扰能力,还降低了误码率,实现了ZigBee/RFID共存时高效率通信,提高了无线网络频谱资源利用率。     

一种多分量线性调频信号参数估计方法

为解决目前传统方法在低信噪比时对多分量线性调频信号参数估计不理想的问题,提出一种新的参数估计算法.该算法将分数阶傅里叶变换和小波变换很好地结合起来,对经过分数阶傅里叶变换后的信号用小波进行滤波,并最终估计信号参数.仿真结果验证了该算法的有效性,可适用于低信噪比环境.     

基于分数阶傅里叶变换的直扩通信快速线性调频干扰抑制

针对直接序列扩频系统中的线性调频干扰,将短时傅里叶变换和分数阶傅里叶变换相结合,提出了在短时傅里叶域进行线性调频干扰参数粗估计而在分数阶傅里叶域进行精确估计,并根据线性调频干扰在分数阶傅里叶域形成的脉冲位置和强度自适应选择消波区间达到抑制线性调频干扰的目的。仿真实验表明,所提出的干扰抑制方法在干信比JSR40情况下,对线性调频干扰有很好的抑制作用,位错误率BER性能可改善103倍。