改进的一维时变海面模型及其分数阶功率谱研究

该文针对经典双尺度海面模型不能有效分析高海况和低掠射角条件下的非Bragg散射问题,在模型中引入调频率描述多普勒频率的变化,提出了一种更符合工程实际的1维时变海面散射模型。然后,通过计算改进模型的海面平均散射功率,得到了时变海面的角度散射特性。其次,研究了改进模型的分数阶功率谱(FPS)特性,得出在分数阶Fourier变换(FRFT)域,海面散射信号的功率谱由多分量冲激信号组成,其在FRFT域的位置可用于估计模型的频率参数。最后,采用X波段实测海面回波数据对改进模型进行验证,并讨论了入射波长和变换角对FPS的影响,仿真结果表明该模型适合分析和提取时变海面回波的频率变化及多普勒频移。

分数阶导数系统响应功率谱密度的小波-Galerkin方法

利用小波的时间-频率联合分辨率,提出了一种在完全非平稳随机激励下,计算分数阶阻尼线性系统响应功率谱密度的方法。方法的思路在于选用广义谐和小波,并利用小波-Galerkin近似,将具有分数阶导数的运动微分方程转化为一组以响应小波变换为未知量的代数方程,解之并求得响应小波变换后,结合随机过程功率谱密度的小波变换表达得到激励与响应功率谱密度之间的关系。为此,在频域中推导了小波-Galerkin方法必需的小波整数阶与分数阶联系系数。数值算例表明:对具有不同分数阶导数的系统,所建议的方法具有较好的适用性。

分数阶导数阻尼下非线性随机振动结构响应的功率谱密度估计

对于受到由分数阶导数模拟的粘弹性阻尼的非线性随机振动结构,本文给出了一种计算响应的功率谱密度方法。借助标准的随机平均法,首先得到了振动结构随机响应振幅的稳态概率密度。对于原振动结构的非线性项,运用改进的统计线性化方法得到了均方意义下的等价线性振动结构,并求得了其响应的依赖于振幅的条件功率谱密度。综合以上的结果,针对随机振动响应的功率谱密度的估计,通过与数值模拟结果进行验证,从而证明了所提方法的有效性和准确性。

基于分数阶功率谱熵的未知水声脉冲信号检测方法

水声侦察的核心问题是在无先验知识条件下捕获其他平台发射的脉冲信号,单频(Continuous Wave,CW)信号和调频(Frequency Modulation,FM)信号是常用的水声探测脉冲。功率谱熵算法能有效检测低信噪比的CW信号,但对FM信号性能不佳,分数阶傅里叶变换(Fractional Fourier Transform,FRFT)则能聚集FM信号能量。利用FRFT的性质,结合功率谱熵算法,设计了分数阶功率谱熵检测器,可在分数阶域实施未知脉冲信号检测。理论分析了FRFT对FM信号的能量聚集作用,优化了FRFT阶数搜索方法。仿真实验以及海试数据处理结果证实检测器对FM信号性能良好,且对CW信号的侦察检测性能无影响。通过门限学习,检测器可实现对未知水声脉冲信号的统一自动检测。

分数阶Fourier域谱估计及其应用

本文定义了随机信号的分数阶功率谱和分数阶相关函数,得到了分数阶功率谱和分数阶相关函数的关系.在此基础上,推导出分数阶Fourier域滤波器的输入输出分数阶功率谱的关系.仿真结果表明,分数阶功率谱估计可以用于chirp信号的检测和估计,以及分数阶系统辨识.

基于分数阶傅里叶变换和循环谱的雷达信号调制方式识别

针对低信噪比条件下雷达信号脉内调制方式识别算法识别率低的问题,提出了一种基于分数阶傅里叶变换(FRFT)和循环谱的雷达信号识别方法。通过分数阶傅里叶变换搜索出最大峰值对应的分数阶,把信号粗分为非调频信号和调频信号2大类。对于非调频信号,利用信号的谱峰特征和频谱复杂度以及循环谱特征,对二频编码信号、常规雷达信号、二相编码信号和四相编码信号进行分类识别;对于调频信号,利用自相关得到功率谱特征实现线性调频信号与非线性调频信号的细分类。经实验验证,本文提出的方法在信噪比大于2 dB时,总体识别率达到90%以上。

地震信号分数域局部功率谱估计及应用

将谱估计技术与分数阶傅里叶变换(FrFT)结合,提出了一种新的分数域局部功率谱估计方法。首先运用最大峰度系数原理找到分数阶傅里叶变换的最优阶次,求取该阶次下分数域功率谱的分数域二维分布,利用分数阶傅里叶变换的旋转性质得到分数域功率谱的时频表达式,同时利用自回归模型(AR)谱估计技术给出了分数域功率谱时频分布的算法。提出的两种谱估计算法时频特性均优于二维谱图。理论模型和实际资料的测试验证了本文方法的有效性。

1/2分数阶线性随机动力系统的非平稳响应解析解

提出随机激励作用下1/2分数阶线性系统非平稳响应解析解的一种新方法.首先,利用特征向量展开得到1/2分数阶阻尼系统的脉冲响应函数解析表达;之后,基于Laplace变换计算得到响应功率谱密度的解析表达式和系统均方响应.通过白噪声、调制白噪声和调制修正金井清谱三种不同随机激励类型的数值算例,利用与蒙特卡洛模拟所得结果对比证明该方法的准确性和适用性.

含分数阶导数项的随机Duffing振子的稳态响应分析

对一个含有分数阶导数项阻尼的、Gaussian白噪声激励下的Duffing振子进行了稳态响应分析。首先,基于能量平衡理论,运用等效线性化方法,计算等效系统的线性阻尼及自然频率,建立统计意义下的等效线性化系统。然后,利用平均法建立随机It方程,得到随机响应的Markovian近似;给出描述振子振幅概率密度函数演化的Fokker-Planck方程,并得到它的稳态解。进一步,对于含有响应振幅的等效线性系统,借助由Laplace变换得到的转换函数,得到原系统的条件功率谱密度,结合振幅的稳态概率密度作为权重函数,给出原系统功率谱密度的估计,以及响应的统计量的估计。数值模拟的结果说明所提出的功率谱密度的近似解析表达式是可靠的,它甚至适用于Duffing振子具有强非线性回复力的情形,因为它可以较好地表现出功率谱密度共振频谱加宽及多峰现象的出现。

基于广义功率谱密度的分布压缩宽带频谱感知

为实现在Alpha稳定分布噪声下宽带频谱感知,扩展了传统功率谱密度概念,提出广义功率谱密度的概念,在此基础上提出基于广义功率谱密度的分布压缩宽带频谱感知。此方法能有效地抑制Alpha稳定分布噪声。首先,将接收的宽带信号进行分数低阶处理,计算自相关函数,再结合压缩感知原理将分数低阶自相关向量压缩和融合重构,最后经傅立叶变换得到广义功率谱密度。仿真结果表明,该方法具有良好的宽带功率谱密度估计性能,在Alpha稳定分布噪声下能较好地完成宽带频谱感知。

基于类间功率谱差的FRFT-TDCS门限判决算法

针对分数阶傅里叶变换域通信系统采用传统门限判决算法难以有效剔除多分量线性调频干扰的问题,根据高斯白噪声和多分量线性调频干扰分数阶傅里叶变换域功率谱特征,提出了基于类间功率谱差的门限判决算法。该算法利用了分数阶傅里叶变换不影响高斯白噪声的统计特性,在分数阶傅里叶变换域的三维频谱上自适应地确定门限值,既可以有效对多分量线性调频干扰频谱剔除,又解决了分数阶傅里叶变换的变换阶次对门限判决带来的不利影响。仿真结果表明,该算法在双极性调制和循环移位键控调制下,对多分量线性调频干扰剔除的有效性,尤其在大干信比情况下,误码率的提升尤为明显,对提高分数阶傅里叶变换域通信系统抗多分量线性调频干扰的能力具有一定的实用价值。

基于多谐波平衡法的分数阶Duffing振子随机动力响应分析

计算分数阶非线性动力系统的随机动力响应一直是随机振动研究的难点.利用多谐波平衡法计算了随机动力激励下分数阶阻尼Duffing振子的确定性和随机动力响应.该方法将分数阶非线性运动微分方程转化为一组以响应Fourier级数为未知量的非线性代数方程,从而通过Newton迭代法求解该非线性代数方程组得到系统响应的Fourier级数;对获得的响应Fourier级数进行逆Fourier变换可获得响应时程;直接对激励功率谱抽样得到的样本激励Fourier级数,重复使用所提出方法,可获得样本响应Fourier级数或随机响应功率谱密度.其中,为避免系统非线性引起的频率混叠效应,提高计算精度并加快计算速度,将响应立方项的Fourier级数表示为响应Fourier级数的显式闭合形式.数值算例表明,所建议方法对非线强度不同的Duffing随机动力系统均具有良好的精度及适用性.

带区间参数的外部分数阶黏弹性阻尼器控制结构的可靠性分析

本文研究了性质不确定的外黏弹性阻尼器控制结构的抗震性能.耗能器件的行为由分数阶本构律描述,其中分数阶导数阶和阻尼系数都被建模为具有指定下界和上界的区间变量.地震动加速度是一个零均值平稳高斯随机过程.在这些假设下,被控结构的运动由一组区间分数阶微分方程控制.所有响应量均由区间零均值平稳高斯随机过程描述,其功率谱密度函数依赖于黏弹性器件的区间参数,在频域上完全表征.通过将经典的首通道问题扩展到区间框架进行可靠性分析.用一种有效的近似方法计算了区间值可靠度函数的边界.本文给出了基于文献中实验结果定义的间隔特性的黏弹性器件的实例研究.

实测海尖峰特性分析及抑制方法

在高分辨率、低擦地角、高海况以及HH极化工作方式下,雷达回波强度会明显增强,容易产生海尖峰,使得海杂波具有高幅值、非平稳和非高斯等特点,严重影响雷达对海面微弱动目标的检测。为此,该文提出一种海尖峰抑制方法,首先,给出了海尖峰判别和筛选方法,在此基础上,分析了海尖峰的幅值特性、时间相关性、多普勒谱和分数阶功率谱特性;其次,通过剔除背景中的海尖峰并选取最小平均功率水平的背景杂波作为待检测数据,能够抑制海杂波,改善SCR;最后,实测数据的实验结果验证了该方法的有效性。

直扩通信中时变幅度LFM干扰的抑制

本文针对直扩通信中的时变幅度线性调频干扰,提出了一种基于分数阶Fourier变换的干扰抑制算法。该算法利用两个角度的分数阶Fourier功率谱和拟Newton迭代法进行参数估计,并在参数估计的基础上,采用分数阶Fourier域干扰分离法进行干扰抑制。与基于二维搜索参数估计的干扰抑制算法相比,该算法在保证干扰抑制性能的前提下,大大缩减了计算量。仿真结果表明,该算法可以在较大干信比范围内有效抑制时变幅度线性调频干扰。

双基地MIMO雷达收发角和多普勒频率参数的联合估计方法

本文提出了一种基于分数阶功率谱的双基地MIMO雷达发射角、接收角及多普勒频率参数的联合估计方法.针对目标的运动速度及运动状态的不断变化导致回波信号中存在时变的多普勒频率,本文提出一个新的回波信号模型.针对该模型通过搜索分数阶功率谱(FPSD)的峰值点实现多普勒频率参数的联合估计.随后,基于分数阶功率谱构造两个子阵,分别采用所提出的FPSD-MUSIC算法和FPSD-ESPRIT算法实现收发角的联合估计.接下来推导了该信号模型中目标参数估计的克拉美罗界.仿真实验验证了该文所提算法的有效性.

宽带双基地MIMO雷达的参数联合估计的新方法

提出了一种基于分数阶功率谱的宽带双基地MIMO雷达中参数联合估计的新方法。在许多情况下,根据窄带信号模型对宽带回波信号中的参数进行估计是不合适的,因此提出一个新的宽带回波信号模型对运动目标参数进行估计。根据分数阶功率谱(FPSD)的峰值点对多普勒频移因子和时延参数进行联合估计,并依据分数阶功率谱的峰值点构造2个子阵,提出的FPSD-MUSIC算法和FPSD-ESPRIT算法实现了对收发角的联合估计。接下来推导了该信号模型中参数估计的克拉美罗界。仿真实验验证了算法的有效性。

脉冲噪声下的时间延迟估计方法研究

针对室内脉冲噪声居多的情况,提出了一种根据噪声的分布特性,选用不同算法来实现时延估计,这里时延估计算法包括基于分数低阶和二阶统计量的方法。由于脉冲噪声服从低阶分布,采用分数低阶协方差方法,可以得到较好的时延估计精度及良好抗噪声能力和抗混响能力,比较适合室内的语音源定位。

高动态环境二进制偏移载波调制信号的捕获

针对含一阶多普勒变化率的高动态二进制偏移载波(BOC,Binary Offset Carrier)调制信号捕获精度低且运算量大的问题,本文在部分匹配滤波器结合分数阶傅里叶变换(PMF-FRFT,Partially Matched Filter-Fractional Fourier Transform)算法的基础上提出使用分数阶功率谱累积结合分级FRFT的捕获算法。该算法首先利用PMF对信号进行分段处理,实现了接收信号和本地伪码之间的快速相关。然后结合线性调频信号(LFM,Linear frequency modulation signal)在不同FRFT域内的能量聚集特性,利用分级FRFT结合分数阶功率谱累积精确确定最优阶数。最后利用FRFT在所对应的最优阶数下结合分数阶功率谱累积实现对存在一阶多普勒变化率信号的精确捕获。仿真结果表明,该算法可以减小算法运算量,缩短捕获时间。且在功率谱累积20次,伪随机码长度为1023、信噪比为-22 dB左右的时候仍然能够实现精确的捕获。

一种改进的线性调频信号多径时延估计算法

针对分数阶傅里叶变换(Fractional Fourier Transform, FRFT)对线性调频(Linear Frequency Modulation, LFM)信号进行多径时延估计时的不足,改进了一种基于时延功率谱特征的统计FRFT时延估计算法。改进算法通过建立由估计衰减系数的叠加值和估计时延组成的二维关系图,根据时延功率谱的分布特性剔除误估的虚假径,并按照衰减系数叠加值的大小顺序读取时延估计值。最后,以ITU-R M.1225中测试环境为室内办公室的一种信道模型为传输环境,对该算法进行了仿真验证。仿真表明,在计算复杂度仅增加7倍的条件下,改进的算法能够剔除使用FRFT算法估计时延时误估的虚假径,时延估计结果较FRFT算法更精确。