多分量Chirp信号的时频表示与参数估计的研究及其应用

论文题目: 多分量Chirp信号的时频表示与参数估计的研究及其应用

论文类型: 博士论文

论文专业: 控制理论与控制工程

作者: 于凤芹

导师: 曹家麟

关键词: 多分量信号,时频表示,检测与参数估计,原子分解,分数阶傅立叶变换,预估计的匹配追逐算法

文献来源: 上海大学

发表年度: 2005

论文摘要: Chirp信号是一种典型的非平稳信号,广泛地应用于通信、雷达、声纳、生物医学和地震勘探等系统,许多自然现象也可以用Chirp信号作为信号模型。本文以多分量Chirp信号为研究对象,采用时频重排-Hough变换、分数阶傅立叶变换、三参数Chirp原子分解等方法,对多分量Chirp信号的时频表示、检测与参数估计进行了较为深入的研究。 从时频聚集性、交叉项抑制、分量间的可分辨性等方面,研究了模糊函数、WVD及Cohen类双线性时频分布对多分量Chirp信号的时频表示性能。尽管模糊函数和WVD对单分量Chirp信号有最好的时频聚集性,但它们对多分量Chirp信号的时频表示却存在交叉项干扰。Cohen类时频分布使用核函数平滑来减少交叉项,但平滑也使时频聚集性下降,交叉项和较低的时频聚集性又导致分量间的可分辨性变差,所以,对于多分量Chirp信号,现有的双线性时频分布不是最好的时频分析工具。 由于多分量Chirp信号在时频平面淹没在交叉项和噪声中,直接从其时频分布很难辨别信号的存在。为此提出了将该信号的双线性时频分布作为图像,由于Chirp信号在时频平面呈直线,利用Hough变换检测图像中直线的原理,将噪声中多分量Chirp信号的检测与参数估计转换为在参数空间寻找局部极大值及其相应坐标的问题,使检测和参数估计一并完成。针对WVD中的交叉项经Hough变换后会形成伪尖峰;抑制此伪尖峰而平滑交叉项又造成时频聚集性下降这一矛盾,提出了基于时频重排-Hough变换和抽取图像脊-Hough变换的两种改进方法,从而既解决了交叉项抑制与时频聚集性下降的矛盾,又缩短了Hough变换的时间,提高了检测和参数估计的准确性,也改善了抗噪声性能,并将时频重排-Hough变换方法应用于对噪声中多运动目标雷达回波信号的检测,仿真实验结果证明了该方法的有效性。 深入系统地研究了分数阶傅立叶变换(FRFT:Fractional Fourier Transform)的基本理论,包括傅立叶变换算子的分数阶化过程、FRFT的定义与性质、典型信号的FRFT、分数阶傅立叶域的概念和运算、FRFT与其它的时频表示的关系、以及离散FRFT的计算等。我们的目的是从多个角度揭示和分析多分量Chirp信号在适当的分数阶傅立叶变换域呈现冲激信号特征的机理。利用这个特征,提出了对直接序列扩频通信系统中多个Chirp宽带干扰的识别和剔除方法,仿真实验结果说明了这利方法的可行性。 研究了Chirplet变换的定义和物理意义,它适合于对多分量Chirp信号的线

论文目录:

摘要

英文摘要

第一章 绪论

1.1 研究对象

1.2 现有的研究方法综述

1.3 研究内容和研究意义

1.4 论文的构成和主要创新点

第二章 多分量Chirp信号的Cohen类双线性时频分布的性能

2.1 多分量Chirp信号的模糊函数表示

2.1.1 模糊函数的定义与性质

2.1.2 多分量Chirp信号的模糊函数表示

2.2 多分量Chirp信号的WVD表示

2.2.1 WVD的定义与性质

2.2.2 单分量Chirp信号的WVD

2.2.3 多分量Chirp信号的WVD及其交叉项

2.2.4 仿真实验与结论

2.3 Cohen类时频分布对多分量Chirp信号的时频表示性能

2.3.1 Cohen类时频分布的主要成员

2.3.2 交叉项的特点与交叉项抑制的局限性

2.3.3 时频聚集性比较

2.3.4 分量间的可分辨性分析

2.4 本章小结

第三章 基于时频重排-Hough变换的多分量Chirp信号的检测与参数估计

3.1 RWT检测多分量Chirp信号的原理与存在的问题

3.1.1 RWT的定义与性质

3.1.2 RWT检测多分量Chirp信号的原理与解线调计算方法

3.1.3 RWT检测多分量Chirp信号存在的问题

3.2 利用QTFD-Hough变换对多分量Chirp信号的检测与参数估计

3.2.1 Hough变换原理

3.2.2 QTFD-Hough变换的检测与参数估计原理

3.2.3 QTFD-Hough变换的信噪比分析

3.2.4 仿真实验结果及存在的问题

3.3 基于时频重排--Hough变换的改进方法

3.3.1 时频重排原理

3.3.2 时频重排-Hough变换的算法步骤

3.3.3 仿真实验结果

3.3.4 抽取QTFD图像脊--Hough变换的改进方法

3.4 与Chirp-傅立叶变换的检测与参数估计方法的比较

3.4.1 连续形式的Chirp-傅立叶变换

3.4.2 离散形式的Chirp-傅立叶变换

3.4.3 仿真验证结果

3.5 应用：多运动目标雷达回波信号的检测

3.6 本章小结

第四章 基于分数阶傅立叶变换的多分量Chirp信号的检测方法

4.1 分数阶傅立叶变换的定义与物理意义

4.1.1 傅立叶变换算子的特征函数与特征值

4.1.2 傅立叶变换算子的分数阶化

4.1.3 分数阶傅立叶变换的定义

4.1.4 分数阶傅立叶变换的核函数在时频平面的比较

4.1.5 分数阶傅立叶变换的核函数的基本性质

4.1.6 分数阶傅立叶反变换

4.2 分数阶傅立叶变换的性质

4.3 典型信号的分数阶傅立叶变换

4.4 分数阶傅立叶域及其几种算子

4.4.1 分数阶傅立叶域的概念

4.4.2 分数阶傅立叶域的坐标乘算子和微分算子

4.4.3 分数阶傅立叶域的线性相位算子和平移算子

4.5 分数阶傅立叶变换定义多样性的原因与离散计算

4.5.1 分数阶傅立叶变换定义多样性的原因

4.5.2 离散分数阶傅立叶变换的计算

4.6 基于分数阶傅立叶变换的多分量Chirp信号的检测原理

4.6.1 从分数阶傅立叶变换定义的核函数分析

4.6.2 从分数阶傅立叶域的自相关函数与模糊函数的关系分析

4.6.3 从分数阶傅立叶变换与RWT的关系分析

4.7 应用：直接序列扩频通信中的多个宽带Chirp干扰的识别与抑制

4.7.1 直接序列扩频通信原理

4.7.2 基于FRFT的多个宽带Chirp干扰的识别与抑制原理

4.7.3 仿真实验结果

4.8 本章小结

第五章 基于三参数Chirp原子分解的多分量Chirp信号的时频表示与参数估计

5.1 仿射时频变换算子及其对WVD的影响

5.1.1 厄密(Hermitian)算子与酉(Unitary)算子

5.1.2 仿射时频变换算子及其对WVD的影响

5.2 Chirplet变换定义与物理意义

5.3 匹配追逐算法原理

5.4 旋转-径向移位算子

5.4.1 时间切变、频率切变与旋转的关系

5.4.2 信号的WVD与其FRFT的WVD的旋转关系

5.4.3 基于分数阶傅立叶变换的旋转-径向移位算子

5.5 用比例、旋转、径向移位表示的三参数Chirp原子

5.5.1 比例、旋转、径向移位算子对WVD的影响

5.5.2 用比例、旋转、径向移位表示的三参数Chirp原子

5.5.3 与现有的时频原子的比较

5.6 预估计的匹配追逐算法(PEMP)原理

5.6.1 基于分数阶傅立叶变换的三参数最佳Chirp原子的搜索原理

5.6.2 PEMP数值计算步骤

5.7 基于三参数Chirp原子分解的时频表示与参数估计

5.7.1 基于三参数Chirp原子分解的时频分布

5.7.2 基于三参数Chirp原子分解的参数估计原理

5.8 仿真实验与结果分析

5.9 应用：实际声音信号和地震数据的三参数Chirp原子分解

5.9.1 对声音Gabor的Chirp原子分解的时频分布与参数估计

5.9.2 对地震信号Seismic数据的Chirp原子分解

5.10 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文的主要结论

6.2 进一步的研究方向

参考文献

作者在攻读博士学位期间发表的论文和主持的科研项目

附录A：分数阶傅立叶变换的几个性质证明

附录B：文中所用符号和缩写说明

附录C：文中出现的图和表

致谢

发布时间: 2005-09-16

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• [1].确定性时变信号的分析与处理方法研究[D]. 刘庆云.西北工业大学2004

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