基于傅立叶变换的数字信道化及相关技术

论文摘要

随着信号处理技术的进步和电子技术的发展,雷达信号侦察接收机逐渐从模拟体制向数字体制转变。基于高速、大容量FPGA和DSP技术的数字信道化接收机具有瞬时频带宽、动态范围大、能够同时处理多个信号、截获概率高、设备体积小、重量轻、面向对象/环境/任务时,可灵活编程控制等特点,在宽带侦察接收机设计中得到广泛的重视。但数字信道化技术的发展遇到了两个方面的困难。一方面,随着ADC采样技术的快速发展,其采样速率已从MHz级提高到GHz级,几乎可以满足对射频宽带信号的直接采样了,然而数字信号处理器件却仅能处理MHz级,这严重地限制了电子战接收机的实时处理能力。另一方面,由于信道数目有限、瞬时信号存在的时间有限、信道化处理的时间有限,因此也限制了信道化接收机的测频精度。为此,必须考虑新的数字信号处理体系结构。本文研究了分段STFT算法、逐点滑动DFT/DTFT算法、受控递归算法等几种基于傅立叶变换的新型信道化接收机。通过对傅立叶变换算法进行深入研究,使其能够在FPGA硬件上以并行流水的方式实现。侦察接收机能够对雷达信号进行实时检测和频率测量,实时地给出信号到达时间、终止时间、脉冲宽度等参数。这几种基于傅立叶变换的信道化方法,对雷达信号侦察接收机的信道化、智能化、小型化及开放式设计都具有重要意义。本文对基于傅立叶变换的数字信道化技术和测频技术进行了研究和创新,主要内容包括以下几个方面。1.提出了多相滤波和短时FFT结合的多相FFT算法。将大点数的FFT分解为多个小点数的FFT的并行运算,提高了FFT算法的并行度,并将多相FFT算法应用于基于分段STFT算法的接收机中。2.利用递归算法计算有限长数据的DFT/IDFT谱、DTFT谱和ZT谱,并给出了计算信号DFT谱、DTFT谱和ZT谱的单相单极点递归单元结构、多相单极点递归单元结构、单相双极点递归单元结构、多相双极点递归单元结构和纯实数运算的递归单元结构,代替已经广泛使用的FFT算法进行信号频谱分析。3.利用计算DFT/DTFT谱的单相递归单元改造逐点滑动DFT/DTFT算法的频率单元,解决了滑动DFT/DTFT算法的输出不稳定问题,并利用改进逐点滑动DFT算法的频率单元构建了数字信道化接收机。4.提出了受控递归算法的概念。利用计算DTFT谱的递归单元构建了两种常用的滤波器组,并将它们应用于信道化接收机中,完成了信号检测、时频分析及时频参数测量等多种功能。5.利用FFT谱和频谱细化技术,提出了三线幅度法和双线幅度法（Rife法）结合进行分段频率估计的综合算法;提出了利用频移技术的改进Rife算法（I-Rife算法）,获得了全频段稳定的频率估计性能。提出了利用DTFT谱的直接频率估计法;给出利用多根DTFT谱线幅度进行频率估计的一般性公式。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• §第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 电子战接收机的发展过程、研究现状及发展趋势
• 1.3 基于傅立叶变换的测频技术研究
• 1.4 论文的主要创新点及论文的安排
• 参考文献
• §第二章 基于数字滤波器组的信道化方法
• 2.1 数字信道化概述
• 2.2 基于数字滤波器组的数字信道化
• 2.3 基于多相滤波器组结构的数字信道化
• 2.4 小结
• 参考文献
• §第三章基于分段STFT算法的数字信道化
• 3.1 加窗DFT/DTFT的数字滤波特性
• 3.2 基于分段STFT算法的数字信道化
• 3.3 与STFT算法有关的几个问题
• 3.4 基于多相FFT算法的信道化接收机
• 3.5 小结
• 参考文献
• §第四章 利用递归算法计算信号频谱
• 4.1 引言
• 4.2 标准FFT算法介绍
• 4.3 利用递归算法计算DFT/IDFT/DTFT/ZT谱
• 4.3.1 计算信号DFT/IDFT谱的递归单元
• 4.3.2 计算信号DTFT谱的递归算法单元
• 4.3.3 计算信号ZT谱的递归单元
• 4.3.4 构建并行递归算法模块
• 4.3.5 计算机仿真验证
• 4.4 DFT/DTFT的性质
• 4.5 小结
• 参考文献
• §第五章 利用递归算法改造逐点滑动DFT/DTFT算法
• 5.1 引言
• 5.2 数字信号处理中有限字长对递归算法影响
• 5.3 逐点滑动DFT算法
• 5.4 利用递归算法改造逐点滑动DFT算法
• 5.5 利用递归算法改造滑动DTFT算法
• 5.6 计算机仿真实验
• 5.7 小结
• 参考文献
• §第六章 基于受控递归算法的时频分析
• 6.1 引言
• 6.2 受控递归算法的结构
• 6.3 受控递归算法的参数设置
• 6.3.1 参数f 的设置与调整
• 6.3.2 参数n 的设置与调整
• 6.3.3 窗函数（？） 的选择或设计
• 6.3.4 参数N的设置与调整
• 6.4 小结
• 参考文献
• §第七章 基于傅立叶变换的数字测频技术
• 7.1 利用DFT/DTFT谱的直接测频技术
• 7.2 改进Rife法的测频技术
• 7.3 利用谱线幅度测频的一般性规律
• 7.4 小结
• 参考文献
• §第八章 结束语
• 8.1 全文内容总结
• 8.2 下一步研究工作展望
• 附录1 递归算法
• 附录2 计算DTFT谱的递归单元的硬件实现结构探讨
• 致谢
• 博士学习期间本人（合作）撰写的论文及科研情况