基于FRFT的线性调频信号欠采样快速检测方法

采用分数阶Fourier变换对线性调频信号(Linear Frequency Modulation,LFM)进行检测与参数估计时,由于信号的特征未知,需要运用二维搜索方法确定分数阶Fourier变换的最佳旋转角度.该方法运算量巨大.为减少运算量,本文推导了欠采样前后LFM信号的分数阶Fourier变换最佳能量聚集旋转角度关系,证明了无噪LFM信号的调频率估计可以完全不受Nyquist采样定理的限制;通过推导分析欠采样含噪LFM信号在最佳分数阶Fourier域的信噪比,给出了欠采样倍数M对LFM信号检测的影响及其选取原则;最终提出一种基于欠采样理论的LFM信号快速检测方法.实验结果表明,当M选取合适时,利用原始信号的欠采样样本即可对LFM信号实现有效检测,快速确定其调频率.     

线性调频信号分数阶频谱特征分析

线性调频信号是一种典型的非平稳信号,广泛应用于雷达、声纳、通信等领域.分数阶Fourier变换是一种新兴的时频变换,由于其独特的性质,成为线性调频信号检测与参数估计的一种良好工具.尤其是,作为一种线性变换,分数阶Fourier变换在处理多分量线性调频信号时能够避免交叉项的干扰.但是,多分量线性调频信号在分数阶Fourier域也存在相互影响的问题.为了分析该问题,研究线性调频信号在分数阶Fourier域的频谱分布特征是非常必要的.本文根据分数阶Fourier变换的定义以及分数阶Fourier变换与时频分布的关系,分析了线性调频信号在分数阶Fourier域的频谱分布特征,以及线性调频信号的分数阶频谱分布与分数阶旋转角α的变化关系;根据离散分数阶Fourier变换的实现算法,讨论了线性调频信号在离散分数阶Fourier变换条件下的分数阶频谱的分布特征,以及线性调频信号在分数阶Fourier域的能量谱的近似表达式.最后,利用LFM信号的分数阶频谱的分布特征,分析了多分量LFM信号中的信号尖峰偏移问题,并给出信号尖峰发生偏移的条件.本文为定量分析分数阶Fourier域多分量线性调频信号之间的相互影响奠定了基础,为改善分数阶Fourier变换对多分量线性调频信号的处理能力提供了参考.     

基于分数阶Fourier变换的多分量LFM信号检测

分数阶Fourier变换作为最新提出的一种分析工具,其变换域同时具有信号的时域信息和频域信息,其实质是Fourier变换的一种广义形式,较适合处理非平稳信号。文中提出一种基于分数阶Fourier变换的多分量LFM信号参数估计与分离方法。通过在分数阶Fourier域搜索峰值点来对多分量LFM信号进行检测和参数估计,同时结合逐次消去思想来分离多个未知参数的LFM信号,抑制了强信号分量对弱信号分量的遮蔽干扰。     

基于FrFT的LFM相参脉冲信号多普勒频率变化率估计算法

 线性调频信号(LFM)在雷达中广泛应用,精确获取观测LFM信号中的多普勒频率变化率信息是单站无源定位与跟踪系统的一项关键技术。该文提出了基于分数阶Fourier变换(FrFT)的多普勒频率变化率估计算法,在分数阶变换域上使信号能量聚集,消除调频率对参数估计的影响的同时充分提高了信噪比,进而利用保留的脉冲间相对相位关系获得了多普勒频率变化率的高精度估计。理论分析表明,该算法估计精度接近理论下界,数值仿真验证了算法的有效性。     

基于分数阶Fourier变换的LFM信号参数估计精度分析

本文采用一阶扰动分析的方法分析了基于分数阶Fourier变换的LFM信号参数估计精度,推导得到了频率估计误差均方值表达式和调频率估计误差均方值表达式,前者反比于信号时长,后者反比于信号时长的平方。结果表明,基于分数阶Fourier变换的LFM信号参数估计方法在估计精度方面达到了最优。     

分数阶Fourier域中多分量chirp信号的遮蔽分析

本文从分数阶Fourier变换与时频分布的关系入手,在离散分数阶Fourier变换算法基础上导出了单分量chirp信号分数阶Fourier谱强度的近似表达,并依据分数阶Fourier变换的线性性质,得到了调频率不同的两分量chirp信号间分数阶Fourier谱相互遮蔽的量化结果,给出了图例分析,并进行了仿真验证.通过本文的分析可以知道分数阶Fourier域中调频率不同的多分量chirp信号间的相互遮蔽主要取决于各自的幅度、调频率和采样时间.当多分量chirp信号幅度、调频率确定后,可以通过延长采样时间来降低各分量间的相互遮蔽.     

基于积分二次相位函数和分数阶Fourier变换的多分量LFM信号参数估计

针对高斯白噪声中多分量线性调频信号参数估计问题,提出了一种基于积分二次相位函数(IQPF)和分数阶Fourier变换的新方法。分析了IQPF估计线性调频信号调频率的原理,指出IQPF有压制弱信号的缺点。为解决强度相差较大的多分量线性调频信号中弱分量信号的参数估计问题,提出利用分数阶Fourier变换域的信号分离技术,逐次估计强信号分量的参数并将其消去,来提高多分量信号参数估计的可靠性。最后通过计算机仿真,验证了该方法的有效性。这种方法与Radon-Winger变换法、Radon-Ambiguity变换法和单纯的分数阶Fourier变换法相比,极大的简化了计算。因此,该方法非常适合于多分量LFM信号的快速参数估计。     

基于压缩感知的线性调频信号参数估计

提出一种基于压缩感知(Compressed Sensing,CS)理论的线性调频(Linear Frequency Modulation,LFM)信号参数估计算法.考虑到LFM信号在最佳分数阶Fourier变换(Fractional Fourier Transform,FrFT)域中是稀疏信号,对变换阶次进行粗搜索与精搜索,利用CS恢复信号在各个阶次FrFT矩阵中的系数向量,通过二维搜索.得到最佳变换阶次,进而得到信号的调频斜率和起始频率.在窄带干扰条件下,将形态学成分分析应用于算法中,提高了算法的抗干扰性能.实验结果表明,在随机采样点数远低于奈奎斯特采样点数的情况下,该算法能够准确估计信号参数,并且对高斯白噪声和强窄带干扰不敏感.     

分数阶Fourier域非均匀采样LFM信号的检测概率

为了减少分数阶Fourier域线性调频(LFM)信号处理的计算量,满足实时性要求,提出了一种新的非均匀采样方法.与传统的非均匀采样方法相比,该方法既解决了整个采样时段内由于过采样造成的数据冗余性,也消除了信号时变特征造成的局部冗余性.最后,应用该方法得到了非均匀采样LFM信号在分数阶Fourier变换域的频谱表达式,并对不同信噪比(SNR)条件下信号的检测概率进行了研究.结果表明,该方法具有较好的抗噪声能力.     

基于分数阶傅里叶变换的线性调频信号分辨率分析

分数阶傅里叶变换(FRFT)是分析线性调频信号(LFM)最有效的工具之一.本文研究了LFM信号在分数阶傅里叶域(FRFD)上的分辨性能以及变换阶次上的分辨性能,并研究了变换阶次误差对输出信噪比的影响,分别得到了 FRFD分辨率、变换阶次分辨率、输出信噪比损失与信号持续时间及调频率的关系,为利用FRFT进行LFM信号检测和参数估计时的分辨率分析、变换阶次搜索步长的选择等提供一定的理论参考.     

基于FrFT的欠采样LFM信号分离与参数估计

基于分数阶傅里叶变换，本文提出了一种欠采样条件下的宽带与窄带线性调频信号分离与参数估计方法。该方法先由延迟相乘和牛顿迭代算法估计信号的调频斜率，然后在分数阶傅立叶变换域进行滤波，实现信号分离。最后对欠采样信号解频率模糊，估计信号的初始频率。仿真表明了该方法分离宽带与窄带线性调频信号的可行性与分离后信号参数估计的有效性。     

LFM信号参数估计的插值FrFT修正算法

针对线性调频(LFM)信号参数估计插值FrFT算法在信噪比较低时性能下降而且针对不同参数估计性能不稳定的问题,提出了一种修正的插值rF算法.首先分析了现有插值FrFT算法问题出现的原因,然后定义了分数阶域量化频率,指出当信噪比较低时,若LFM信号初始频率接近分数阶域量化频率点,插值FrFT算法出现反向补偿的概率增大,性能下降.修正的插值FrFT算法改进了插值方向的判决条件以提高噪声免疫力,并通过频移LFM信号初始频率使其不在分数阶域量化频率点附近.最后,对不同初始频率的LFM信号进行仿真,结果表明,修正的插值FrFT算法提高了LFM信号参数估计精度,性能稳定,而计算量并没有明显增加.     

分数阶Fourier变换对LFM信号的特征参数估计能力仿真评估

将分数阶傅里叶变换（FrFT）对线性调频（LFM）信号处理方法应用到雷达侦察信号分选与参数估计中,研究FrFT对LFM信号在低信噪比下的检测与参数估计能力。设定了雷达侦察信号背景,制定了仿真验证流程,考察了FrFT对LFM信号的调频率和中心频率的估计能力,对比了不同信噪比下的参数估计运算时间。仿真结果验证了该算法可以完成低信噪比条件下雷达侦察LFM信号特征参数的估计。     

基于FRFT的动目标检测模型与参数估计精度分析

采用分数阶傅里叶变换解决微弱运动目标的检测问题。首先,根据雷达发射的不同形式信号以及目标的运动状态,分别建立动目标回波模型,它们均可表示为频率和调频率参数未知的线性调频(LFM)信号,并给出相应的参数估计方法。然后,着重分析了信号观测时长、扫描步长、采样频率和信噪比等影响参数估计精度的因素,从实际应用出发,给出了实现LFM信号高精度参数估计的方法。最后,仿真分析了各个因素对参数估计精度的影响。结果表明,增加信号观测时长的同时适当缩小扫描步长,能够有效提高参数估计精度,同时能在低信噪比(SNR=-8 dB)下具有较高的检测概率(Pd=0.9),证明了理论分析的正确性。     

线性调频信号时/频差估计算法

提出了一种新的快速估计线性调频信号时/频差的算法.该算法将抽取的自模糊函数与Radon变换结合估计线性调频信号的调频率, 通过分数阶傅里叶变换估计出模糊函数脊线与频率轴交点位置, 应用解调频沿脊线搜索模糊函数峰值.对于接收信号中存在多分量的情况, 根据其模糊函数脊线位置的不同, 该算法能够分辨各分量信号, 并分别精确估计出各分量的时/频差.由于只需一维搜索模糊函数峰值, 并可用快速傅里叶变换实现, 该算法大大减少了运算量.仿真实验表明, 随着信噪比的提高, 该算法估计的时/频差均方误差逐渐逼近克拉美-罗下界.     

Wideband LFM Interference Suppression Based on Fractional Fourier Transform and Projection Techniques

A novel wideband LFM interference suppression method is proposed based on fractional Fourier transform (FRFT) and projection techniques. By using the concentration property of LFM interferences in fractional Fourier domain, the initial frequency, frequency modulation rate and direction-of-arrival (DOA) of LFM interferences are first estimated. Afterwards, the space–time interferences subspace is constructed. In order to suppress wideband LFM interferences, the received signal is projected onto the subspace orthogonal to the interferences subspace when the signals are uncorrelated. Furthermore, considering the scenario when the signals are coherent, according to the properties of oblique projection, LFM interferences are suppressed by projecting the received signal onto the joint signal–noise subspace. Then, the desired signal is extracted by beamforming. Unlike the existing algorithms, the proposed method not only can exactly estimate parameters and directly solve the DOA of LFM interferences but also can construct the interferences subspace with the time-variant steering vector of interferences. Moreover, our method can effectively suppress LFM interferences without reducing the freedom, and significantly improve the performance, even at low signal-to-noise ratio (SNR) or small number of snapshots. Simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed method.     

基于高斯短时分数阶傅里叶变换的多分量LFM信号检测与参数估计

该文针对线性调频信号,提出一种基于分数阶波包变换分析方法——高斯短时分数阶傅里叶变换.通过旋转角度的搜索及高斯窗口宽度的调整,能够在低信噪比条件下对多分量LFM信号进行检测,避免交叉项的出现,并能得到参数的估计值.通过推导分析给出变换结果的解析表达式,计算机仿真结果也表明了该变换的有效性.