捷變頻信號(hào)參量提取技術(shù)研究.pdf

1、信號(hào)參量提取技術(shù)主要應(yīng)用于背景噪聲中提取有用信號(hào)波形及參數(shù)。有用的目標(biāo)信息包括信號(hào)分量數(shù)目、頻率信息、幅度信息、帶寬信息以及相位信息等。 捷變頻信號(hào)是相鄰發(fā)射脈沖或脈沖組間的載波頻率在一定范圍內(nèi)高速隨機(jī)跳變，是一種非平穩(wěn)信號(hào)。本文在捷變頻信號(hào)參量提取技術(shù)方面作了一些基礎(chǔ)性的研究。重點(diǎn)研究利用時(shí)頻分析方法提取捷變頻信號(hào)參量，包括目標(biāo)個(gè)數(shù)，頻率隨時(shí)間的變化規(guī)律等。全文主要分兩個(gè)部分：捷變頻信號(hào)的時(shí)頻分析；捷變頻信號(hào)高精度的瞬時(shí)頻率估

2、計(jì)。旨在通過(guò)以上研究，能夠?qū)葑冾l信號(hào)處理有系統(tǒng)性的認(rèn)識(shí)和提取盡可能多的參量，提高估計(jì)捷變信號(hào)的抗干擾能力，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的水聲對(duì)抗效果。 時(shí)頻分析的任務(wù)是估計(jì)信號(hào)的頻譜含量是怎樣隨時(shí)間變化的，在時(shí)頻二維平面上清晰地呈現(xiàn)出信號(hào)的瞬時(shí)頻率。以此為基礎(chǔ)，從理論和仿真對(duì)幾種常用的時(shí)頻分析方法進(jìn)行對(duì)比和分析。仿真結(jié)果表明，譜圖<'[16]>算法簡(jiǎn)單和概念鮮明，是工程上常用的一種時(shí)頻分析方法；維格納分布(WD)<'[16]>對(duì)于線性調(diào)頻信號(hào)(L

3、FM)來(lái)講，它是一種接近最優(yōu)的時(shí)頻分析方法，在時(shí)頻平面上能夠得到較高能量的瞬時(shí)頻率(IF)聚集。多項(xiàng)式維格納分布(PWD)<'[101]>彌補(bǔ)了WD分析非線性調(diào)頻信號(hào)或者多頻率分量信號(hào)時(shí)容易產(chǎn)生交叉項(xiàng)的缺點(diǎn)，對(duì)于任意階次的調(diào)頻信號(hào)，它都可以得到清晰的IF的走向。對(duì)于多分量信號(hào)分析同樣適用。文中提出了頻譜圖一維格納分布(SWD)。SWD將譜圖與WD二者結(jié)合起來(lái)，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。利用譜圖的窗函數(shù)抑制WD所產(chǎn)生交叉項(xiàng)，避免WD計(jì)算過(guò)程中的過(guò)采樣。此

4、外，SWD繼承了WD具有較高的時(shí)頻二維分辨力的優(yōu)點(diǎn)。重點(diǎn)研究了B分布<'[96]>。深入分析了B分布的核函數(shù)設(shè)計(jì)過(guò)程、特性以及具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。本文提出了基于Radon變換的B分布(BDBRT)。Radon變換具有沿直線積分的特性，針對(duì)LFM信號(hào)和CW脈沖信號(hào)在時(shí)頻平面上的瞬時(shí)頻率是一條直線這一特點(diǎn)，將Radon變換與B分布結(jié)合在一起。BDBRT分布可以在時(shí)頻平面上區(qū)分出兩個(gè)頻率十分接近的信號(hào)分量，完全抑制交叉項(xiàng)干擾，同時(shí)具有較高的時(shí)頻二

5、維分辨力，為譜圖和WD所不及。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，進(jìn)一步證明該算法總體效果要好于其它方法。瞬時(shí)頻率是描述捷變頻信號(hào)的一個(gè)重要參量。 本文重點(diǎn)研究基于時(shí)頻分布的瞬時(shí)頻率估計(jì)器。首先討論了基于WD的IF估計(jì)器。推導(dǎo)了LFM信號(hào)的克拉美一羅下界(CRLB)，并證明了不經(jīng)過(guò)插值處理的WD頻率估計(jì)器的理論估計(jì)方差可達(dá)到CRLB；經(jīng)過(guò)插值處理的WD的IF估計(jì)器由于插值因子的影響，估計(jì)方差的理論值要比前者高4倍。仿真結(jié)果表明在信噪比高于5分貝的

6、時(shí)候，針對(duì)LFM信號(hào)，非插值處理的WD的IF估計(jì)器是一種無(wú)偏估計(jì)。其次分析了高階時(shí)頻分布的瞬時(shí)頻率估計(jì)器。將PWD的峰值作為IF估計(jì)器，推導(dǎo)了二次調(diào)頻信號(hào)的IF估計(jì)理論方差數(shù)值，并進(jìn)行了仿真分析。仿真結(jié)果表明當(dāng)信噪比高于5分貝時(shí)，六階PWD的IF估計(jì)方差可達(dá)到二次調(diào)頻信號(hào)頻率估計(jì)的CRLB。重點(diǎn)研究了B分布的IF估計(jì)的統(tǒng)計(jì)特性，推導(dǎo)了它的IF估計(jì)的理論方差。仿真對(duì)比了B分布和喬伊－威廉姆斯分布。仿真結(jié)果表明，對(duì)于多頻率成分信號(hào)而言，B分