准循环平稳信号谱相关估计与应用

论文摘要

WSCS(Wide Sense Cyclostationary,广义循环平稳)自从20世纪50年代后期提出以来,已成为越来越多的研究论文的主题,也是许多物理现象合适的模型。由于与平稳过程的相似性,在分析中,循环平稳过程比一般非平稳过程更受青睐。循环平稳信号是统计特性随时间周期性变化的序列,与之紧密联系的是统计特性是时间的准周期函数的准循环平稳信号(ACS,Almost Cyclostaionary)。许多处理的信号,包括经过调制的通信信号,都可以用ACS模型来表示,目前,循环平稳的概念已渗入到各类信号处理中,利用信号的循环平稳特性,人们可以有选择的提取具有某种循环频率的信号,从而消除其它不具备该循环频率的各种干扰信号和噪声,并且这种利用循环平稳特性的信号处理不需要关于噪声的先验知识。鉴于循环平稳特性在信号处理中具有越来越重要的地位,本文对循环平稳信号展开了研究。首先,本文将1994年Smith提出的时间重叠法和具有旁瓣抑制能力的ssinc(Smooth sinc)窗应用于循环谱估计中,提出了TA循环谱估计方法。并从循环谱估计的一般框架出发,分析了时间重叠的循环谱估计的数学基础。论文中提出的TA循环谱估计方法从以下两个方面使循环谱估计方法得到提高:1)循环谱的偏离误差减小,有效频率分辨率提高,能准确地分辨出循环频率方向和谱频率轴方向的谱峰;2)计算量大大减少。通过时间的重叠过程,减少了DFT要求的数据量,提高了循环谱估计的实时性。第二,本文分析了TA(Time Aliasing,时间重叠)循环谱估计方法的性能,并推导了使方差得以减小的平均循环周期图方法。论文中通过分析加ssinc窗的循环周期图在谱频率方向和循环频率方向的偏差,表明TA循环谱估计是无偏估计,并根据STFT方法,推导了使方差得以减小的平均循环周期图方法。同时,论文还分析了加ssinc窗的平均循环谱估计能使方差得到最佳地减少,并采用平均的TA循环谱估计方法,估计了具有不同循环频率的两个循环平稳信号和的循环谱,所得的循环谱能在循环频率方向将各循环平稳信号准确地分离开,并在各循环频率处的谱频率方向准确得到各自的功率谱。第三,本文对Gardner在1991年提出的周期成分提取操作进行了改进,提出了利用二阶FOT概率模型的循环谱进行周期成分提取的方法。论文中运用概率和度量空间等距同构的理论知识,对FOT(Fraction Of Time,时间段)概率模型进行了详细分析、推导,并将二阶FOT概率模型运用于循环平稳信号的周期成分提取中,通过二阶FOT概率模型的循环谱,实现了周期成分提取。最后,本文在软件天线的无线环境识别中,利用循环平稳信号的谱相关性,对频率选择性衰落信道的多径数及各路径的DOA(Direction of Arrival,波达方向)、时间选择性衰落信道的Doppler频率进行了识别。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩写词表
• 1 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 循环平稳理论与研究
• 1.3 论文主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 2 时间重叠的循环谱估计
• 2.1 循环谱估计方法
• 2.2 谱分析发展现状
• 2.3 时间重叠的谱估计方法介绍
• 2.4 平滑SINC 窗（THE SMOOTH SINC WINDOW）
• 2.5 时间重叠的循环谱估计
• 2.6 本章小结
• 3 时间重叠的循环谱估计的性能分析
• 3.1 时间重叠信号的时域统计特性
• 3.2 时间重叠信号的相关域和FOURIER 域的特性
• 3.3 循环周期图的均值和方差
• 3.4 本章小结
• 4 时间段概率与周期成分提取
• 4.1 循环平稳序列的WOLD 同构
• 4.2 时间段概率
• 4.3 时间段概率模型的应用
• 4.4 利用时间段概率的循环谱方法
• 4.5 本章小结
• 5 谱相关性在无线环境识别中的应用
• 5.1 无线信道特性
• 5.2 利用谱相关性识别频率选择性衰落信道
• 5.3 利用谱相关性识别时间选择性衰落信道的DOPPLER 频移
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 论文主要工作总结
• 6.2 后续工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读博士学位期间撰写的学术论文