免疫算法在分数阶Fourier变换域极值优化中的应用

利用线性调频(Linear Frequency Modulation,LFM)信号在分数阶Fourier域上的聚焦性,通过搜索可实现LFM信号的检测和参数估计。通常采用步进式搜索法,效率低下。为了克服该缺点,通过对分数阶Fourier域优化问题的研究,将免疫算法引入到分数阶Fourier变换极值搜索中。仿真结果表明:该方法优于传统的步进式搜索法。     

分数阶傅立叶变换的线性调频信号降噪

本文在分数阶Fourier变换原理的基础上，提出了一种基于分数阶傅里叶变换的线性调频（LFM）信号的滤波方法，利用该变换等同于对信号在时频平面进行旋转，将混迭有噪声的信号以特定的旋转角作分数阶傅里叶变换，使得信号与噪声在变换域中的交迭达到最小：然后通过窄带通滤波器对LFM信号进行抽取，再经过分数阶傅里叶反变换，恢复出原信号。     

基于Kaiser窗的分数阶Fourier变换与时频分析

分数阶Fourier变换作为传统Fourier变换的推广,与传统Fourier变换分析平稳信号类似,在实现对非平稳信号的时频分析过程中往往出现同样的频谱泄漏问题。为了提高分数阶Fourier变换与时频分析的精度,依据Kaiser窗可自由选择主瓣和旁瓣宽度的特性,提出一种基于Kaiser窗的分数阶Fourier变换算法,论述了Kaiser窗在分数阶Fourier变换中的作用原理,从理论上推导出一般信号基于Kaiser窗的分数阶Fourier变换解析时频表达式以及特性,最终得到非平稳信号的时频分布与时变结构参数识别算法。通过任意线性调频信号的仿真算例以及非平稳激励三层框架结构振动台试验,对结构进行瞬时频率识别和算法的验证。结果表明,瞬时频率识别值与理论值和试验结果吻合良好,Kaiser窗可以提高分数阶Fourier变换算法时频分析的精度,体现出该方法有一定的鲁棒性。     

宽带体制下混响和目标空时分布特征研究

传统的空时自适应处理(Space-Time Adaptive Processing,STAP)利用窄带混响和目标在空时平面的可分辨特征抑制窄带混响。对宽带混响和目标在空时平面分布特征进行研究,并通过理论推导,得出带宽对混响和目标空时分辨特征的影响公式。结果表明:宽带混响和目标在空时平面分布特征部分重叠,导致传统STAP效果不佳。在此基础上,借鉴STAP思想,并利用线性调频(Linear Frequency Modulation,LFM)信号在分数阶Fourier变换域上的聚焦性,分析了在空-分数阶Fourier域三维空间上抑制宽带LFM混响的可行性。     

基于线性调频信号二次相位变换的主动声呐目标速度估计

分数阶傅里叶变换常用于主动声呐线性调频信号的分析,通过搜索变换参数可以估计目标的相对速度.但是由于其参数搜索计算量偏大,在自主式水下航行器等计算力有限的小平台难以实时处理.针对该问题提出了一种基于二次相位变换的线性调频信号速度估计方法,根据多普勒频移后线性调频信号的二次相位变换的解析解,分析了二次相位变换后变换域频谱展...     

应用分数傅立叶变换方法的水下目标特征提取

针对基于传统时频分析方法的水下目标特征提取方法的缺陷,引入了一种新的时频分析方法——分数阶傅立叶变换（FRFT）方法用于处理水下目标特征提取问题。仿真信号和实际试验数据的处理结果表明,当主动声纳的发射信号为线性调频信号时,分数阶傅立叶变换方法可以使目标的回波能量在分数阶域的对应区域聚集,使目标和混响的分数阶傅立叶变换在分数阶域上不仅呈现明显不同的特征,而且较其他时频分析方法具有抗混响的优点。     

线性调频信号检测的快速调频变换算法

线性调频（LFM）信号是雷达和声呐系统中常用的宽带信号。介绍了一种快速调频变换算法，用于线性调频信号的检测。首先对该方法进行了详细的推导和讨论，讨论了该快速算法中使用到的部分傅立叶变换快速算法，并研究了快速调频变换算法的计算量。最后，实验表明了快速调频变换算法有良好的信号检测性能。     

基于分数阶傅里叶变换的水声信道参数估计

准确估计水声信道参数,对提高通信系统的性能有着重要的意义。Chirp脉冲有良好的相关性,常被用作信道探测信号。鉴于分数阶傅里叶变换(Fractional Fourier Transform,FRFT)对chirp类信号的处理特性,用chirp信号作为测量信号,FRFT作为后端处理技术,可以得到很好的处理效果。研究了基于FRFT的水声信道多途时延和多普勒频偏参数估计的原理和方法,该方法通过发射具有正、负调频斜率的组合线性调频信号,在接收端根据FRFT幅值输出的峰值位置估计信道参数。仿真结果表明,此方法计算量与FFT相当,且有较高的估计精度。     

基于分数阶Fourier变换的经验模式分解方法研究

在分析了经验模式分解(EMD)及分数阶Fourier变换的基础上,提出了一种基于分数阶Fourier变换的经验模式分解方法,并且深入探讨了该方法的分解特性.对仿真和实际振动信号的分析结果表明,对直接采用经验模式分解分析结果不够明确的信号,基于分数阶Fourier变换的经验模式分解方法对信号进行分析是比较有效的方法.     

基于改进峰值搜索法的旋转机械瞬时频率估计

提出了一种用于提取转子瞬时频率的改进峰值搜索法,并将该方法应用于旋转机械阶比跟踪。改进的峰值搜索法将瞬时频率中相邻两点一阶导数的差值作为搜索峰值是否合理的判别条件,避免了传统峰值搜索法在干扰信号作用下提取到的虚假峰值,提高了瞬时频率的估计精度。仿真实验表明,改进的峰值搜索法能够降低干扰信号对瞬时频率提取的影响,效果优于传统的峰值搜索法。用该方法对实测转子升速振动信号进行阶比分析,取得了良好的效果。     

Separation of overlapping linear frequency modulated (LFM) signals using the fractional fourier transform

Linear frequency modulated (LFM) excitation combined with pulse compression provides an increase in SNR at the receiver. LFM signals are of longer duration than pulsed signals of the same bandwidth; consequently, in many practical situations, maintaining temporal separation between echoes is not possible. Where analysis is performed on individual LFM signals, a separation technique is required. Time windowing is unable to separate signals overlapping in time. Frequency domain filtering is unable to separate signals with overlapping spectra. This paper describes a method to separate time-overlapping LFM signals through the application of the fractional Fourier transform (FrFT), a transform operating in both time and frequency domains. A short introduction to the FrFT and its operation and calculation are presented. The proposed signal separation method is illustrated by application to a simulated ultrasound signal, created by the summation of multiple time-overlapping LFM signals and the component signals recovered with ±0.6% spectral error. The results of an experimental investigation are presented in which the proposed separation method is applied to time-overlapping LFM signals created by the transmission of a LFM signal through a stainless steel plate and water-filled pipe.     

Suppression of smeared spectrum ECM signal

Abstract

Three electronic counter‐countermeasures (ECCM) techniques for suppressing smeared spectrum (SMSP) jamming, a new electronic counter measures (ECM) technique, are presented. The analytical representations of the SMSP ECM signal in the time domain and the frequency domain are first derived, and then the differences between the SMSP jamming signal and the radar linear frequency modulation (LFM) signal are analyzed. Based on the differences, a jamming suppression system specifically for SMSP jamming interference excision is designed, which applies three different signal processing tools, i.e. fractional Fourier transform (FRFT), Fourier transform (FT) and atomic decomposition (AD). The jamming suppression performance of the presented methods is evaluated through simulations. The simulation results show that the presented methods can successfully suppress SMSP jamming.     

混响背景下基于分数阶傅里叶变换的自适应LMS滤波算法

针对强混响背景下经典的最小均方误差(Least Mean Square,LMS)滤波算法难以有效地实现信混分离的问题,提出一种基于分数阶傅里叶变换的自适应LMS算法。首先将混响信号和自适应LMS滤波算法中的参考信号进行分数阶傅里叶变换,寻找最优变换域,并在分数阶域进行带通滤波,然后将得到的信号进行分数阶傅里叶反变换,最后将基于正态分布曲线的变步长LMS算法应用于此混响条件下进行滤波。仿真和海试数据验证结果表明,在信混比为0 dB的情况下,算法仍可以有效地滤除混响,使信混比提高6dB。     

Efficient computation of joint fractional Fourier domain signal representation

A joint fractional domain signal representation is proposed based on an intuitive understanding from a time-frequency distribution of signals that designates the joint time and frequency energy content. The joint fractional signal representation (JFSR) of a signal is so designed that its projections onto the defining joint fractional Fourier domains give the modulus square of the fractional Fourier transform of the signal at the corresponding orders. We derive properties of the JFSR, including its relations to quadratic time-frequency representations and fractional Fourier transformations, which include the oblique projections of the JFSR. We present a fast algorithm to compute radial slices of the JFSR and the results are shown for various signals at different fractionally ordered domains.     

用于分数傅里叶域滤波位相元件设计新算法

基于部分相干成像和分数傅里叶变换理论,建立成像系统的分数傅里叶域滤波模型,提出了可快速设计分数域位相型滤波片的 FrPI 算法。此算法将逆向设计预设初位相与分数傅里叶迭代技术相结合,针对成像系统中不同的设计要求可快速设计出所需的分数域滤波片结构。模拟结果表明,对数值孔径有限的部分相干成像系统,使用新算法设计的分数域滤波片,可有效补偿由于高频损失带来的图像失真,从而使局部线宽偏差和面积偏差分别由滤波前的 36.548nm 和 39.09%下降到了 15.234nm 和 7.72%,明显减少了空间像畸变。     

飞机颤振试飞试验信号的广义时频滤波

针对飞机颤振试飞试验信号噪声过大的问题,提出了一种广义时频域滤波算法。算法采用分数阶傅里叶变换对线性扫频激励及其响应信号进行广义时频分析,利用该类信号在分数阶傅里叶域内的聚焦特性,有效提取真实响应信号,达到信噪分离的目的。给出了具体的滤波算法,并将其应用于仿真算例和实际试飞数据,结果表明该方法可显著提高信号的信噪比。     

基于分数阶功率谱熵的未知水声脉冲信号检测方法

水声侦察的核心问题是在无先验知识条件下捕获其他平台发射的脉冲信号,单频（Continuous Wave,CW）信号和调频（Frequency Modulation,FM）信号是常用的水声探测脉冲。功率谱熵算法能有效检测低信噪比的CW信号,但对FM信号性能不佳,分数阶傅里叶变换（Fractional Fourier Transform,FRFT）则能聚集FM信号能量。利用FRFT的性质,结合功率谱熵算法,设计了分数阶功率谱熵检测器,可在分数阶域实施未知脉冲信号检测。理论分析了FRFT对FM信号的能量聚集作用,优化了FRFT阶数搜索方法。仿真实验以及海试数据处理结果证实检测器对FM信号性能良好,且对CW信号的侦察检测性能无影响。通过门限学习,检测器可实现对未知水声脉冲信号的统一自动检测。