椭圆球面波信号间交叉项时频分布特性研究

该文引入Wigner-Ville分布中的交叉项,通过建立交叉项时频分布特性与椭圆球面波函数(Prolate Spheroidal Wave Function, PSWF)信号及其Hilbert变换信号性质之间的关系,重点研究了PSWF信号间交叉项时频分布特性与信号自身奇偶性、最佳时频能量聚集性等性质的关系,交叉项在时域、频域、时频域的能量密度分布规律。理论和仿真分析表明,PSWF信号间交叉项具有良好的对称性、时频能量聚集性。且交叉项时频分布的局部特征参量,与相互作用的PSWF信号阶数、功率谱局部能量密度峰值点个数以及位置密切相关,能够反映信号在时频域的相干程度,为下一步探索研究高效PSWF信号时频域检测方法提供参考依据。     

基于滤波器组的改进型Wigner-Ville分布

针对时频分析中频谱图和Wigner-Ville分布(WVD)的不足,本文采用了一种滤波器组和WVD相结合的方法,并对这种改进的分布的性质进行了分析.最后举出实际例子说明它与其他几种常用的时频分析方法相比保留了 WVD能量集中的特性,而同时能够减少WVD带来的交叉项和人工产物,并能减少噪声的影响.     

基于Wigner-Ville分布的混沌信号时频特性研究

利用混沌信号窄带特性可将混沌信号与噪声分离,实际应用中,发现此方法并非都取得良好分离效果。针对这种情况,本文利用 Wigner-Ville 算法,研究了混沌信号时频特性,结果表明,混沌信号按频率能量分布分为：低频窄带渐近型、低频窄带周期型、宽带噪声型。     

椭圆球面波脉冲信号快速设计方法

在基于椭圆球面波的非正弦短波通信系统中,椭圆球面波脉冲信号原设计方法存在计算量大、计算时间长的问题。为了解决此问题,提出了椭圆球面波脉冲信号快速设计方法。该方法利用基于带通采样的椭圆球面波函数数值解法,求得椭圆球面波函数近似数值解,椭圆球面波函数在时间轴上向右平移,可得椭圆球面波脉冲信号。理论分析和仿真结果表明,快速设计方法能使计算量和计算时间降低2～4个数量级,同时椭圆球面波脉冲信号的时域、频域和正交性能还能保持与原设计方法相当。     

窄带细化Wigner-Ville分布分析的快速实现方法

水下目标辐射线谱噪声的多普勒信息可用于估计目标上的噪声源参数。由于噪声源的低频和低速特性,其多普勒频移变化微弱,需要在选定窄带内进行高分辨率时频分析。Wigner-Ville分布(WVD)具有良好的时频聚焦性能,但是当频率分辨率要求较高时,其计算量和存储空间长度也大幅增加。该文提出一种选带细化WVD的快速数值计算方法。该方法对线性调频Z变换(CZT)进行改进并与WVD相结合,可以大幅提高选定窄带内高分辨率WVD时频分析的计算效率。数值仿真和海试数据验证了方法的有效性。     

Wigner-Ville分布在电力系统低频振荡中的应用

研究了基于Wigner-Ville分布（WVD）对电力系统低频振荡信号进行检测和时频分析的新方法,Wigner-Ville（wVD）分布是一种优良的时频分析方法,能够在时域频域上对非平稳信号进行联合时频分析。利用WVD的时间边缘特性和频率边缘特性,能精确地估计各模式信号的幅值、频率与主导时间;精确地分析非平稳信号的局域动态行为和特性。更好地反映振荡过程中所包含的多个模式随时间的变化规律以及模式间的相互影响,还可提高识别能力和处理效果。通过多个试验验证了该方法的有效性。     

基于Wigner-Ville分布的复杂时变信号的时频分析

对多分量线性调频(LFM)信号、单分量非线性调频(NLFM)信号以及多分量NLFM信号的Wigner-Ville分布进行了数值计算,探讨了信号项与交叉项之间的差异性特征,提出了信号时频曲线中点集的概念,研究了交叉项出现的一般规律.对于多分量信号,交叉项出现在信号项时频曲线之间的中点集之内.对于单分量NLFM信号,也有交叉项产生,交叉项出现在信号项时频曲线自身的自中点集之内.     

基于奈奎斯特采样的椭圆球面波脉冲信号设计

为了解决椭圆球面波脉冲信号设计时积分方程该如何离散化及采用何种方法求解实对称矩阵的特征值和特征向量问题,提出了基于奈奎斯特采样的椭圆球面波脉冲信号设计方法.该方法利用奈奎斯特采样定理确定的采样频率对积分方程进行离散化,利用Jacobi方法求解实对称矩阵的全部特征值和相应的特征向量,求得的特征向量就是椭圆球面波函数的近似数值解,椭圆球面波函数在时间轴上向右平移,即可得椭圆球面波脉冲信号.理论分析和仿真结果表明,该设计方法简单,实用性强;求得的椭圆球面波脉冲信号精度高,正交性好.     

基于经验模式分解的Wigner-Ville分布交叉项抑制方法

时频分析作为时变非平稳信号分析的有力工具,成为现代信号处理研究的一个热点.这种分析方法提供了时间域与频率域的联合分布信息,为我们清楚地描述了信号随时间变化的关系.Wigner-Ville分布由于其良好时频集聚性,在非平稳信号分析中得到广泛应用,本文针对Wigner-Ville分布中的交叉项问题,提出了基于经验模式分解的Wigner-Ville分布,即对多分量信号运用经验模式分解,将其分解为单分量信号,再对每个单分量信号求Wigner-Ville分布进行线性叠加.提出运用相关系数法对经验模式分解伪分量进行剔除,提高了该方法的精度,并将该方法与Cohen类方法进行比较,阐述了该方法的优点.     

多分量线性调频信号的Wigner-Ville分布交叉项去除

针对多分量线性调频信号WVD（Wigner-Ville Distribution）检测中的交叉项问题,提出一种交叉项去除方法.利用自项和交叉项的频率特性,将WVD时频矩阵进行坐标旋转,在变换域上滤波去除交叉项.理论推导了矩阵旋转变换公式以及旋转后自项和交叉项的表达式,并且针对缓慢震荡的交叉项受滤波器性能限制不能完全去除的情况,提出能量加权的方法进行改进.仿真和实验结果验证,该方法不仅能够去除交叉项,且不会降低分辨率.     

双模椭圆球面波多载波索引调制解调方法

该文在基于信号分组优化的椭圆球面波函数(PSWFs)多载波调制的基础上,引入双模索引调制思想,提出了双模PSWFs多载波索引调制解调方法(DM-MCM-PSWFs)。该方法利用未被激活的剩余部分子载波加载第2星座图产生的调制符号,以传输额外的信息比特,实现了基于信号分组优化的PSWFs多载波调制中频谱资源的进一步利用,有效提高了系统频带利用率以及误码性能。理论和仿真分析表明,相较于基于信号分组优化的PSWFs多载波调制,所提方法以适当牺牲系统复杂度为代价,具有更高的系统频带利用率和更优的系统误码性能,当误比特率为1×10^–5, n=7, k=3时,所提方法系统频带利用率、误码性能可分别提升9.15%, 2.4 dB。     

正交椭圆球面波函数脉冲调制方法

为了提高通信系统的功率效率和频谱效率,该文提出正交椭圆球面波函数(PSWF)脉冲调制方法。该方法利用具有高能量聚集性的椭圆球面波函数作为传输波形来提高通信系统的功率效率,采用时域正交、频谱混叠或交叠的正交脉冲组传输信息,以减小信息传输带宽,提高通信系统的频谱效率。理论分析及仿真结果表明,该方法可使通信系统的单位频带利用率快速接近2 Baud/Hz,且已调信号具有较好的频域能量聚集性,不仅有利于提高系统的功率效率,还可有效减小对相邻通信用户的电磁干扰。     

基于状态转移矩阵逼近的椭圆球面波函数求解方法

该文针对现有椭圆球面波函数(PSWFs)求解算法存在的效率低、硬件实现复杂度高,尤其是精度不可控的问题,结合线性时变系统理论,提出一种基于微分方程状态转移矩阵逼近的PSWFs求解方法。该算法通过求解小区间上的状态转移矩阵来逼近整个时间区间上的状态转移矩阵,进而求得离散时间点上的系统运动轨迹,即PSWFs数值解。理论推导了求解误差并修正了算法,修正后算法具有简明的误差表达式,与Parr算法和Legendre多项式逼近算法在求解精度和复杂度上进行了对照分析。结果表明,该文算法求解精度高且可控,时间和空间复杂度低,易于硬件实现。     

基于优化多重索引的椭圆球面波函数多载波索引调制解调方法

围绕如何提高椭圆球面波(PSWFs)多载波调制系统频带利用率,该文在双模PSWFs多载波索引调制解调方法的基础上,引入由额外星座点组成的第3星座图,提出基于优化多重索引的PSWFs多载波索引调制解调方法BIM-MCM-PSWFs。该方法通过对分组后每个子块中子载波的多重排列组合,拓展了信号索引维度,增加了调制符号组合数,实现了双模PSWFs多载波索引调制解调方法中频谱资源的进一步利用,有效提高了系统频带利用率。理论和仿真分析表明,该文所提方法相较于双模PSWFs多载波索引调制解调方法,以适当牺牲误码性能为代价,具有更高的系统频带利用率,当n=9, k=1, m=4时,以误比特率(BER)牺牲了0.70 dB为代价,系统频带利用率(SE)提升了20.1%。     

非正弦波通信时域正交椭圆球面波脉冲设计方法

针对非正弦波信号的频带传输问题,同时为了有效提高非正弦波通信系统的频带利用率及功率利用率,提出了时域正交椭圆球面波脉冲集设计方法。通过参数设置、频段划分、求解方程、Schmidt正交化等步骤设计时域正交椭圆球面波脉冲集,调整脉冲参数实现脉冲集信号的频谱搬移与频谱控制,脉冲集信号为频谱特性可控的带限信号。仿真结果表明：时域正交椭圆球面波脉冲集具有较好的能量聚集性,利用该脉冲集实现多路信息并行传输时,在保证系统具有较好的功率利用率前提下,系统的频带利用率可快速接近奈奎斯特速率。     

基于PSWF的正弦载波调制方法

为了有效提高系统的频带利用率,该文提出了基于椭圆球面波函数(PSWF)的正弦载波调制方法。在该方法中,采用时域持续时间有限、频域带宽近似有限的椭圆球面波函数设计频谱相互混叠或交叠的多路时域正交基带调制波形,进行多路基带预调制,通过正弦载波调制将信号频谱搬移至辐射频段。经理论分析及仿真验证,该调制方法可使通信系统的单位频带利用率快速接近2 Baud/Hz,提升速度优于OFDM调制,同时也使系统具有较好的功率利用率,且简单易实现。     

基于 Givens旋转变换的PSWF脉冲调制信号PAPR抑制方法

针对基于椭圆球面波函数(Prolate Spheroidal Wave Function, PSWF)脉冲的调制信号峰均功率比过高的问题,该文提出一种基于Givens旋转的PSWF脉冲峰均功率比抑制方法.该方法从正交PSWF脉冲组的特征向量加权表示入手,利用 Givens旋转矩阵(,,)i j qG 对所有子坐标平面(,)i j 进行q角度的旋转,搜寻使脉冲组PAPR (Peak-to-Average Power Ratio, PAPR)值最小的旋转矩阵,最后利用该矩阵对原PSWF脉冲组进行Givens变换,从而实现降低PAPR的目标.针对Givens旋转次数较多导致计算复杂度大的问题,该文提出分组flipping迭代的算法实现方案.理论证明了该变换方法能够保持脉冲组的带内能量聚集和正交性.仿真结果表明,该方法有效降低了脉冲组的PAPR,同时系统传输效率、调制信号功率谱密度与系统误码率性能均保持不变.     

利用ASTFT谱有效抑制WVD交叉项的方法

该文分析了Wigner-Ville Distribution (WVD)中自项与交叉项相互关系,提出了一种利用自适应短时傅里叶变换(ASTFT谱)有效抑制WVD交叉项的新方法。该方法首先对信号进行ASTFT得到信号的ASTFT谱图,以确定出信号分量在时频平面内的位置,然后将ASTFT谱作为窗函数对信号的WVD进行加窗处理,从而有效消除掉WVD中的交叉项,并保留WVD的高分辨率和能量聚集性等优良特性。最后通过实例验证了该方法的有效性。     

一种新的基于椭圆球面波函数的非正弦短波通信的均衡方案

针对基于椭圆球面波函数(Prolate Spheroidal Wave Function, PSWF)的非正弦通信技术在短波频段内受到多径时延,引起码间串扰导致系统可靠性下降的问题,在分析信道特性对基于PSWF 非正弦调制信号影响和非正弦通信的特殊性的基础上,通过对均衡思路的分析,设计了一种新的均衡方案。此方案首先将码间串扰对正交性的影响转化为对判决数据信号质量的影响。进而,针对每一路判决数据信号采取均衡措施,提高判决数据的质量。最后,依据判决准则进行判决。仿真结果表明这种新的均衡方案是有效的,在给定的仿真条件下,信噪比为24 dB时,误码率约从10-2改善到10-3;针对PSWF脉冲两种不同的生成方法(单波道脉冲生成方法和多波道脉冲生成方法)生成脉冲组的特性,在基本均衡方案的基础上提出了参数共享式均衡和分组参数共享式均衡两种方法,并在最后给出了仿真结果,证明了这两种方法的有效性。