改进的时频分布及其在雷达信号中的应用

论文摘要

为了提高雷达信号分析的性能，目前大量的研究开始采用基于时频分布的分析方法。但是由于时频分布需要对信号进行二维的分布计算，庞大的计算量成为影响雷达信号分析效率的一个重要因素。如何在保持信号时频分布分析方法性能的同时，减少信号处理的运算量成为一个急需解决的问题。在对雷达信号的到达角估计研究中，在阵列信号处理的基础上应用空间谱估计方法是当前较为普遍而常见的处理方式。但基于空间谱估计的到达角估计方法需要在阵列信号矩阵的基础上通过复杂的矩阵运算过程实现对到达角的估计，大规模的运算量和繁琐的数据处理过程成为影响信号到达角估计实时性能的重要因素。如何快速而有效地实现对非平稳雷达信号到达角的估计成为雷达信号分析研究的一项重要任务。 为了提高雷达信号分析的效率，本文从加窗短时信号的角度入手，对Cohen类时频分布及其在信号处理中的应用进行了以下几个方面的研究： (1) 通过理论和实验对短时信号在相关域的分布特点进行了分析和总结，根据Cohen类时频分布交叉项抑制在相关域对核函数的要求，给出了基于短时信号的时频分布对多分量信号交叉项抑制的核函数约束条件。 (2) 根据短时信号的交叉项抑制条件，对几种类型的Cohen类时频分布进行了分析和改进，提出了基于短时信号改进的Cohen类分布的概念。根据短时信号在相关域分布的特点，提出针对短时信号的短时比较分布的核函数及定义。 (3) 提出了通过在短时信号的基础上运用改进的时频分布实现对信号的瞬时频率估计、频率调制分析以及信号类型识别等方面的应用方法。针对几种具体的时频分布类型，分别给出了实现的过程和算法，并进行了相应的实验分析。 理论分析和实验数据表明，在雷达信号分析的过程中，运用基于短时信号改进的时频分布，在大大地减小了信号处理的运算量增强了信号分析的灵活性的同时，也保持了时频分布原有的时频聚集特性和交叉项抑制能力，为多分量

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.1.1 研究的背景与现状
• 1.1.2 研究的目的及意义
• 1.2 时频分布概述
• 1.2.1 时频分布的概念及定义
• 1.2.2 时频分布的特性和要求
• 1.2.3 时频分布的发展和种类
• 1.3 课题研究的主要内容
• 第2章 短时信号交叉项抑制的理论研究
• 2.1 引言
• 2.2 时频分布交叉项抑制的条件
• 2.2.1 信号的模糊函数表示
• 2.2.2 多分量信号的相关域分布特点
• 2.2.3 模糊函数的Cohen分布定义
• 2.2.4 减少交叉项的核函数条件
• 2.3 基于短时信号的Cohen类时频分布
• 2.4 短时信号模糊函数分布的分析与研究
• 2.4.1 单分量短时信号的相关域分布
• 2.4.2 多分量短时信号的相关域分布
• 2.4.3 短时信号相关域分布的特性研究
• 2.5 短时信号交叉项抑制条件的理论探索
• 2.5.1 短时信号交叉项抑制对核函数的要求
• 2.5.2 短时信号交叉项抑制的现实意义
• 2.6 本章小结
• 第3章 针对短时信号的Cohen类时频分布改进
• 3.1 引言
• 3.2 针对短时信号对Choi-Williams分布的改进
• 3.2.1 Choi-Williams分布（CWD）概述及其核函数
• 3.2.2 Choi-Williams分布核函数的相关域分布及其局限性
• 3.2.3 针对短时信号对Choi-Williams分布核函数的改进
• 3.2.4 基于短时信号的改进Choi-Williams分布（SCWD）
• 3.2.5 实验及分析
• 3.3 针对短时信号对Born-Jordan分布的改进
• 3.3.1 Born-Jordan分布（BJD）概述及其核函数
• 3.3.2 Born-Jordan分布核函数的相关域分布及其局限性
• 3.3.3 针对短时信号对Born-Jordan分布核函数的改进
• 3.3.4 基于短时信号的改进Born-Jordan分布（SBJD）
• 3.3.5 实验及分析
• 3.4 基于短时信号的短时比较分布
• 3.4.1 短时比较分布核函数的提出
• 3.4.2 短时比较分布核函数的相关域分布特性
• 3.4.3 基于短时信号的短时比较分布（SCD）
• 3.4.4 实验及分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 改进时频分布的应用及实现
• 4.1 引言
• 4.2 短时信号时频分布的应用
• 4.2.1 基于改进时频分布的瞬时频率估计
• 4.2.2 基于改进时频分布的频率调制分析
• 4.2.3 基于短时信号时频分布的信号类型识别
• 4.3 基于短时信号改进的Choi-Williams分布的实现及应用
• 4.3.1 基于改进Choi-Williams分布的瞬频估计算法及实验
• 4.3.2 基于改进Choi-Williams分布的调制分析算法及实验
• 4.3.3 基于改进Choi-Williams分布的信号识别算法及实验
• 4.4 基于短时信号改进的Born-Jordan分布的实现及应用
• 4.4.1 基于改进Born-Jordan分布的瞬频估计算法及实验
• 4.4.2 基于改进Born-Jordan分布的调制分析算法及实验
• 4.4.3 基于改进Born-Jordan分布的信号识别算法及实验
• 4.5 短时比较分布的实现及应用
• 4.5.1 基于短时比较分布的瞬频估计算法及实验
• 4.5.2 基于短时比较分布的调制分析算法及实验
• 4.5.3 基于短时比较分布的信号识别算法及实验
• 4.6 本章小结
• 第5章 基于瞬时频率比较的到达角估计方法理论分析
• 5.1 引言
• 5.2 信号的空域采样模型
• 5.2.1 单源信号的空域采样
• 5.2.2 多源信号的空域采样
• 5.3 基于瞬时频率比较的信号到达角估计方法
• 5.3.1 瞬频比较方法的条件依据
• 5.3.2 瞬频比较DOA估计的过程和步骤
• 5.3.3 瞬频比较DOA估计方法的特点及优势
• 5.4 空域采样信号的瞬频提取
• 5.5 时域采样信号的瞬频提取
• 5.6 基于瞬频比较的到达角估计计算
• 5.6.1 单源信号的到达角估计
• 5.6.2 多源信号的到达角估计
• 5.6.3 信号取样时间的选取
• 5.6.4 到达角估计的误差
• 5.7 本章小结
• 第6章 基于时频分布的瞬频比较DOA估计方法实现
• 6.1 引言
• 6.2 基于Wigner-Ville分布的单源信号DOA估计
• 6.2.1 基于WD的空域及时域数字瞬频提取
• 6.2.2 基于WD的到达角估计
• 6.2.3 实验及分析
• 6.3 基于改进Born-Jordan分布的多源信号到达角估计
• 6.3.1 基于SBJD的空域及时域数字瞬频提取
• 6.3.2 基于SBJD的到达角估计
• 6.3.3 实验及分析
• 6.4 基于短时比较分布的多源信号到达角估计
• 6.4.1 基于SCD的空域及时域数字瞬频提取
• 6.4.2 基于SCD的到达角估计
• 6.4.3 实验及分析
• 6.5 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文