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.     

无源雷达直达波参数估计方法研究

无源探测作为一种经济安全的被动探测手段近年来获得学术界的广泛关注,在非合作外辐射无源雷达系统中,准确快速地估计直达波的参数是无源探测的前提。本文以基于非合作chirp雷达的无源雷达系统为平台,围绕直达波参数估计问题展开研究。对于工程上常见的时频混叠,且时间不同步的多分量chirp信号,提出一种基于分数阶傅里叶域滤波的chirp信号参数估计方法。该方法根据时频域滤波的原理,首先通过分数阶傅里叶变换估计chirp分量的调频斜率;然后通过逆分数阶傅里叶变换将多分量chirp信号分离为若干个单分量chirp信号,并在时域估计每个chirp分量的脉冲宽度;最后构造dechirp滤波器,对分离后的chirp分量进行解线性调频,估计每个chirp分量的中心频率。仿真实验证明,本方法相较于时频图像的方法,具有更高的估计精度和计算效率,而且本方法可以实时处理,易于工程化实现。     

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。     

分级计算迭代在Radon-Ambiguity变换和分数阶Fourier变换对chirp信号检测及参数估计的应用

该文在分析Radon-Ambiguity变换(RAT)和分数阶Fourier变换对chirp信号的检测和参数估计的基础上,建立了多分量chirp信号检测和参数估计系统模型,提出了分级计算迭代方法,大大减少了计算量,提高了运算速度。     

基于FRFT的复合chirp信号分析

作为Fourier变换的一种广义形式,分数阶傅里叶变换（FR订）同时融合了信号在时域和频域的信息,是一种新的时频分析方法。而复合线性调频（chirp）信号相对单斜率线性调频信号具有更好的速度分辨力和距离速度联合分辨力。为了分析该信号的特征,提出了一种基于分数阶Fourier变换的分析方法。由于复合chirp信号在FR丌域呈现的冲激特性,以此实现复合chirp信号的检测。实验结果表明．该方法对复合chim信号的检测是有效的。     

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.     

高斯白噪声背景下的LFM信号的分数阶Fourier域信噪比分析

目标大机动运动使雷达回波表现为频率和调频率参数均未知的LFM信号。未知参数LFM信号的检测和估计采用分数阶Fourier变换来实现受到越来越多的关注,为此本文着重分析其分数阶Fourier变换的信噪比。首先推导出时限线性调频信号的分数阶Fourier变换模平方,给出了在分数阶Fourier域的峰值点与未知参数的关系,然后研究了附加白噪声LFM信号在分数阶Fourier域的统计特性,确定了其信噪比,并与理想情况(即参数频率和调频率参数已知)下线性相位匹配滤波器的输出信噪比进行了比较。     

chirp信号在分数阶Fourier变换域欠采样研究

针对chirp信号在分数阶Fourier域上被低于二倍信号频率采样(欠采样)后,仍能恢复原始信号的问题,依据分数阶Fourier域上带限信号的采样定理,分析了分数阶Fourier域上欠采样时应满足的条件,并对其进行了仿真验证。结果表明:对chirp信号进行欠采样后能够得到采样信号的能量聚焦。取不同的调频率,欠采样的采样信号仍能较好地估计出调频率,并能恢复原始信号。     

基于分数阶Fourier变换的反辐射导弹检测技术

针对反辐射导弹的检测问题,主要是消除载机信号的干扰.本文研究了单频信号和线性调频信号的分数阶Fourier变换模函数的时移特性.研究表明,单频信号和线性调频信号的FRFT模函数具有不同的时移特性.分数阶Fourier变换是线性变换,不存在交叉项,采用分数阶Fourier变换搜索匹配动目标信号,使其能量汇聚.根据以上特点本文提出了一种基于观测信号以及其时延信号的分数阶Fourier变换模之差的反辐射导弹检测方法.此方法可以有效的消除载机信号的干扰,并且对背景噪声幅度有一定的抑制作用.仿真结果表明,在低信噪比下能有效的检测出反辐射导弹.     

基于自适应分数阶傅里叶变换的线性调频信号检测及参数估计

该文提出了一种基于最小均方算法的自适应计算分数阶傅里叶变换的方法并将该方法应用到多分量chirp信号的检测与估计之中。该方法通过对连续型分数阶傅里叶反变换进行离散化采样,得到适合数值计算的离散形式,进而通过适当的选择输入向量和目标函数构造自适应滤波器,经过最小均方算法进行训练后所得的滤波器权系数即为分数阶傅里叶变换的结果。仿真实验表明,该方法可以用来计算分数阶傅里叶变换及对chirp信号进行检测和参数估计,且计算延时相对较小。     

线性正则变换域的带限信号采样理论研究

线性正则变换是傅里叶变换、分数阶傅里叶变换的更广义形式,是一种潜在而重要的信号变换工具,但是与之相应的采样理论目前还不十分完备,所以有必要在线性正则变换域重新研究采样定理.本文从线性正则变换的定义和性质出发,首先得到时域均匀采样信号的线性正则变换;然后在此基础上导出了线性正则变换域带限信号的采样定理和重构公式;最后以chirp信号为例仿真说明了采样定理的应用.文中得出的结论是对经典采样理论的推广,将进一步丰富线性正则变换的理论体系.     

分数阶Fourier级数展开及相关性质研究

介绍了一种从分数阶Fourier变换（FRFT）思想导出的分数阶Fourier级数（FRFS）展开方法,可以看作为Fourier级数的进一步推广,在研究非平稳信号中有着重要的应用。分数阶Fourier级数以一组有限时域内的正交Chirp信号为基函数来逼近分析信号,与Fourier级数相比,在分析非平稳信号中具有更大的灵活性。文中给出了Chirp信号FRFS分解的解析表示,分析了FRFS展开系数的振荡特性;同时对不同参数下的FRFS收敛速度进行了研究和计算机仿真,对于工程实际中的计算具有较好的参考价值。     

Fractional Fourier transform of the Gaussian and fractional domain signal support

The fractional Fourier transform (FrFT) provides an important extension to conventional Fourier theory for the analysis and synthesis of linear chirp signals. It is a parameterised transform which can be used to provide extremely compact representations. The representation is maximally compressed when the transform parameter, /spl alpha/, is matched to the chirp rate of the input signal. Existing proofs are extended to demonstrate that the fractional Fourier transform of the Gaussian function also has Gaussian support. Furthermore, expressions are developed which allow calculation of the spread of the signal representation for a Gaussian windowed linear chirp signal in any fractional domain. Both continuous and discrete cases are considered. The fractional domains exhibiting minimum and maximum support for a given signal define the limit on joint time-frequency resolution available under the FrFT. This is equated with a restatement of the uncertainty principle for linear chirp signals and the fractional Fourier domains. The calculated values for the fractional domain support are tested empirically through comparison with the discrete transform output for a synthetic signal with known parameters. It is shown that the same expressions are appropriate for predicting the support of the ordinary Fourier transform of a Gaussian windowed linear chirp signal.     

分数阶傅里叶变换域上带通信号的采样定理

傅里叶变换和采样定理是信号处理领域的两大基本问题,采样定理研究了傅里叶变换域上带限信号的采样和重构理论.分数阶傅里叶变换(FRFT)是傅里叶变换的一种推广,与之相应的采样理论目前还不十分完备,所以有必要从FRFT域上重新研究采样定理.本文首先得到了均匀冲激串采样信号的FRFT,然后在此基础上导出了FRFT域上带通信号和低通信号的采样定理和重构公式.这些结果是经典理论的推广,将丰富分数阶傅里叶变换的理论体系.     

基于尺度变换的宽带线性调频信号时差/尺度差估计算法

提出了一种基于尺度变换的宽带线性调频信号时差和尺度差的快速算法.根据两路接收到的线性调频信号间调频率之比为尺度差的平方的特点,利用分数阶傅里叶变换分别估计出两路信号的调频率,即可获得尺度差的估计.将估计的尺度差对一路信号进行伸缩,并计算伸缩后信号与另一接收信号的时域相关,根据相关峰的位置估计出时差.相比于传统基于宽带互模糊函数的方法,该方法避免了二维搜索宽带互模糊函数的峰值,只需若干次快速傅里叶变换即可实现,能够显著降低运算量.仿真结果显示该方法在高信噪比下逐渐接近克拉美-罗下界.     

Beamforming using the fractional Fourier transform

We present a new method of beamforming using the fractional Fourier transform (FrFT). This method encompasses the conventional minimum mean-squared error (MMSE) beamforming in the frequency domain or spatial domain as special cases. It is especially useful for applications involving chirp signals such as signal enhancement problems with accelerating sinusoidal sources where the Doppler effect generates chirp signals and a frequency shift and active radar problems where chirp signals are transmitted. Numerical examples demonstrate the potential advantage of the proposed method over the ordinary frequency or spatial domain beamforming for a moving source scenario.     

分数阶Fourier域强弱LFM信号检测与参数估计

分数阶Fourier变换（FRFT）由于其特有的性质,非常适合处理线性调频（LFM）信号,尤其是,作为一种线性变换,可以克服多分量LFM信号之间的交叉项干扰。但是采用逐次消去法检测多分量LFM信号时,每检测一个LFM信号,都要对信号分别求旋转角 的FRFT,再进行二维搜索,计算量较大。为了提高FRFT对多分量LFM信号的检测效率,本文给出一种在分数阶Fourier域检测强、弱LFM信号的新方法。首先,分析了逐次消去法和聚类分析法检测多分量LFM信号的原理,以及它们的优缺点。提出一种聚类分析和逐次消去相结合的信号检测方法,利用平面截取信号在平面(u,α)上的尖峰,并引入基于广度优先搜索邻居（BFSN）的聚类算法,对截取的信号尖峰进行聚类分析,获得每个LFM信号对应的信号尖峰,实现多个较强信号的检测与参数估计,再利用逐次消去法实现弱信号的检测。该方法可以同时检测多个能量相近的LFM信号,提高了检测效率,以及次强信号的参数估计精度,并有效地抑制了强信号对弱信号的遮蔽影响。通过对信号进行平面切割处理,减少了BFSN聚类算法中输入集样本数量,大大降低了算法的计算量。最后,仿真验证了该方法的有效性。