基于WFRFT的抗调制方式识别方法

基于加权分数傅里叶变换(Weighted fractional Fourier Transform,WFRFT)提出一种新型的物理层安全通信方法,利用加权分数傅里叶变换对发送的信号进行预处理,然后通过正常的通信模块发送出去,在接收端将信号接收下来之后再经过一个加权分数傅里叶变换的反变换得到原始的发送信息,由于通过选择变换的阶数可使得经过变换以后的信号呈现出类似高斯噪声的特性,因此使用传统的盲信号检测和估计方法难于检测到该信号的存在。以基于高阶累积量的信号识别方法对WFRFT通信信号的抗识别性能进行了定量分析,仿真结果表明,经WFRFT处理后的信号具有良好的抗调制方式识别性能。     

一种基于WFRFT的跨层低截获波形设计方法

针对变换域隐蔽通信系统,分析了加权分数傅里叶变换(Weighted Fractional Fourier Transform, WFRFT)隐蔽通信系统抗截获性能。理论分析和仿真结果表明多加权项WFRFT隐蔽通信系统存在抗检测和抗调制识别性能边界,当权重项大于4时多加权项WFRFT通信系统低截获性能不会随着加权项的增加而改善。基于此,提出了一种跨层设计的并行WFRFT隐蔽通信系统。首先采用并行多路WFRFT变换思路,从信号维度增加变换参数个数;其次利用跨层设计思想解决当前WFRFT通信系统收发端同步问题,通过接收端地址控制每路WFRFT变换参数,从空间维度增加非合作节点截获识别信号的难度。仿真结果表明,与多参数项WFRFT隐蔽通信系统相比,所提出的跨层并行WFRFT隐蔽通信系统抗检测和抗调制识别能力更加突出。     

基于分数阶傅里叶变换的雷达通信一体化信号共享研究

为了减少电子战平台的体积和电磁干扰,一种有效的途径就是实现雷达与通信一体化。本文根据信号能量共享原则,提出了基于同调频率不同初始频率Chirp序列组的雷达通信一体化方案,可在不影响雷达性能的前提下,采用分数傅里叶变换实现单Chirp信号多比特的数据传输。同时根据通信链路的误码率和吞吐率研究了基于定向天线的一体化平台的通信性能。最后分析了初始频率分辨率和解调对系统性能的影响。通过系统仿真表明,此基于定向旋转天线的一体化平台具有较好的低误码率和高稳健性,能够满足大批量数据的传输要求。      

基于相关的SFFT的卫星信号捕获算法

GPS(Global Positioning System)接收机中,常用的捕获方法有时域串行捕获方法、基于FFT(Fast Fourier Transform)的并行频率捕获方法和基于FFT的并行码相位捕获方法,但在某些应用场景下,会对卫星信号的捕获速度提出更高的要求,因此给出了一种基于相关的SFFT(Sparse Fast Fourier Transform)的卫星信号快速捕获算法。该算法结合卫星信号伪随机码的强自相关性的特性,将原有的SFFT的幅度估值去掉,利用时域串行的捕获方法,将SFFT算法中输出的大值坐标点对应的本地伪码与接收卫星信号做相关,进而捕获卫星信号。通过实验对算法进行验证,并与已有的卫星信号捕获方法进行对比,结果表明该方法能有效地运用于卫星信号捕获中,并且该算法的运算量要比传统捕获算法更低。     

基于叠加Chirp信号的载波频率捕获方法研究

以Chirp信号作为参考序列,以弱功率直接与成型滤波后的有用数据叠加,然后经载波调制发送,节约了带宽资源和功率资源。在接收端利用Chirp信号的恒包络性和Chirp信号在相应分数阶傅里叶域的时频聚集特性,对接收信号进行分数阶傅里叶变换(FRFT),搜索到峰值坐标、完成Chirp信号参数估计,从而得出载波的多普勒频偏和频偏变化率,完成载波捕获,并抵消掉叠加信号,经仿真验证,该理论方法可行。     

加权分数傅里叶变换在采样重构中的应用

针对频域非带限信号的重构问题,提出了一种基于加权分数傅里叶变换的采样与重构算法,并利用信号加权分数傅里叶变换在加权分数域的特性,得到了信号可完全重构的条件.理论分析和仿真结果表明,在满足给定误差的条件下,该算法能够以低于香农重构所需的采样率实现对信号的恢复,且简单易行,可利用FFT快速算法实现.     

基于FRFT的多LFM信号的分离及参数估计

线性调频（LFM）信号在某个阶次的FRFT域中具有能量聚集性,根据这一特性采用分数阶傅里叶变换（FRFT,Fractional Fourier Transform）来分离多个未知任何先验参数的LFM信号,通过在FRFT域搜索峰值点来检测并分离出LFM信号,并用相关系数对分离效果进行了评价。针对二维搜索峰值点的计算复杂性,提出了曲线拟合优化技术来进行FRFT模值检测,把二维搜索转化为一维曲线拟合问题,并介绍了高斯混合模型近似FRFT模值分布。计算机仿真表明,这一方法极大地降低了计算复杂度,对多分量LFM信号进行了有效的分离及参数估计。     

基于WFRFT频谱预编码的GFDM系统性能优化方法

针对广义频分复用（GFDM）系统在实际应用中仍然面临着带外功率泄漏和峰均功率比较高的问题,通过深入分析频谱预编码GFDM系统功率谱特性,构建了一种基于加权分数傅里叶变换（WFRFT）的通用频谱预编码（SP）框架,提出了二维参数可调的WFRFT-SP-GFDM系统。通过参数的灵活配置,可使该WFRFT频谱预编码器逼近加权分数傅里叶变换矩阵,实现对带外功率和峰均功率比的精确控制。仿真结果表明,与GFDM和WFRFT-GFDM波形相比,WFRFT-SP-GFDM波形可以有效抑制系统带外功率泄漏,同时保持较好的峰均功率比和误码率性能。     

利用一个宽带脉冲估计目标运动参数

主要研究如何在一个LFM脉冲信号中提取目标运动参数。首先建立了目标速度和加速度对LFM信号的调制规律模型,分析了回波信号一次项、二次项系数的比例关系,通过调整LFM信号参数来改变系数的比例关系,进而利用分数傅里叶变换估计目标运动参数信息。在仿真与分析中,通过实例对文章的理论推导进行验证,并探讨了在速度和加速度的多种组合条件下的参数估计效果。     

基于FRFT的雷达信号脉内特征分析

针对目标模拟训练器中精确测量雷达信号脉内参数的需求,提出了基于FRFT的线性调频信号脉内参数估计的方法,给出目标训练器中脉内参数的计算过程,通过仿真分析了信噪比对算法估计性能的影响。仿真结果表明在较低信噪比下,本算法对不同的线性调频信号的参数估计有较高的精确度。     

多层多参数多项加权分数阶傅里叶变换复合调制通信信号设计方法

为提高卫星通信信号的安全性能,该文提出一种多层多参数多项加权分数阶傅里叶变换(MWFRFT)复合调制通信信号设计方法。该方法针对传统多项加权分数阶傅里叶变换单层结构的被扫描威胁,将MWFRFT扩展至不同加权系数的多层结构,降低了系统的被扫描概率。同时,多层多参数MWFRFT(MPMWFRFT)系统通过对控制参数集的优化设计,解决了多层结构下的通信信号调制特征模拟。针对复杂电磁环境场景中的目标寄生信号和窄带信号干扰,引入扩频机制,设计了3层多项加权分数阶傅里叶变换和直接序列扩频复合调制系统(TL-MWFRFT-DSSS)。仿真结果表明,该方法在保证较好通信性能的前提下,实现了多层通信信号的调制特征模拟,显著提高了系统的抗扫描性能。     

基于余幂-激活离散超混沌加密的多参数加权分数傅里叶变换安全通信方法

为提高物理层安全传输性能,该文提出一种新的基于2维余幂-激活(2D-CPA)离散超混沌加密的多参数加权分数傅里叶变换(MP-WFRFT)安全通信方法。首先,将激活函数和余弦函数作为非线性因子引入1维立方(cubic)混沌映射,构造2维混沌映射。非线性因子可对原始cubic混沌映射的迭代过程进行扰动,从而获得更加饱满的相轨。利用分岔图、相图、Lyapunov指数谱等对提出的2维混沌映射动力学特性进行了验证。结果表明,构造的2维混沌序列随机性良好,可进入超混沌状态。然后,利用余幂-激活离散超混沌序列分别构建幅度变换矩阵、相位旋转矩阵和MP-WFRFT参数池,完成对星座幅相加密,以及MP-WFRFT动态变换加密过程,进一步消除数据统计特征,同时提升MP-WFRFT变换的抗参数扫描性能。数值仿真结果表明,加密数据的星座图呈类高斯分布,且传输系统对密钥的敏感性良好。     

一种新的mc-PPS瞬时频率变化率的估计

该文在分数阶傅里叶(FRFT)计算分解的基础上,讨论了其某些步骤在信号检测中的冗余,提出了一种简化的分数阶傅里叶算法(RFRFT),详细讨论了它的几种重要性质,并结合一次相位差分法提出了乘积性RFRFT(PRFRFT)算法,实现了mc-PPS的瞬时频率变化率(IFR)估计。同时借助角度变换提高了RFRFT识别参数的分辨率。该方法运算量小,易于实现。仿真结果证实了该方法能够有效地抑制噪声和交叉项,可以适应低信噪比环境。     

基于MP-WFRFT的多维联合调制卫星隐蔽通信研究

为进一步提高卫星信号的隐蔽性能,该文结合加权分数阶傅里叶变换(WFRFT)的星座混淆特性与混沌映射轨迹的抗截获特性,提出一种基于物理层安全的双极化卫星联合调制方案。借鉴“相位扰码”思想和“联合设计”理念,通过扩展4-WFRFT加权项参数,增加了卫星信号处理的多样性,在此基础上嵌入Logistic映射加密,提高了信息破解的难度。建立双极化卫星混沌安全传输系统模型,提出基于MP-WFRFT一体多维的组合隐蔽新概念,探索双极化卫星信号星座优化设计和裂变融合机理。仿真结果验证了所提方案的有效性。     

基于多维扩展的正交时序复用波形框架及其性能分析

正交时序复用(OTSM)是一种适用于高速移动场景的低复杂度调制方法。然而,单一的波形设计方法难以满足多样化的应用需求和性能需求。因此,该文基于加权分数傅里叶变换(WFRFT)提出了加权分数沃尔什-哈达玛变换(WFRWHT),并提出了多维扩展的一体化的加权分数傅里叶变换-加权分数沃尔什哈达玛变换-正交时序复用(WFRFT-WFRWHT-OTSM)波形框架。通过对2维参数的灵活配置,该框架可退化为OTSM、正交时频空、混合载波、正交频分复用和单载波等波形,同时研究了采用高斯-赛德尔(GS)迭代均衡时一体化WFRFT-WFRWHT-OTSM波形在时延-多普勒信道下的误码率(BER)性能以及峰均功率比(PAPR)性能。仿真结果表明,在不同时延-多普勒信道下,该框架可通过改变WFRFT和WFRWHT阶次实现更优的BER和PAPR性能。     

基于多参数加权分数阶傅里叶变换的星座预编码系统研究与实现

针对当前多参数加权分数阶傅里叶变换(Multiple Parameters Weighted-type FRactional Fourier Transform, MP-WFRFT)星座特征缺乏定量研究的缺限,该文提出一种新型的星座叠加数学模型。通过分别研究信号的时域及频域分量,给出了星座模糊及裂变的定性及定量分析结论,并搭建了基于MP-WFRFT的星座预编码系统。通过构建相关混合整数优化模型,并利用遗传算法进行模型优化,进而设计出符合预期通信需求的预编码系统。经仿真分析,验证了所提出的星座叠加数学模型及优化方案的正确性;同时通过USRP硬件平台测试表明了所搭建的基于MP-WFRFT星座预编码系统的可行性。     

基于分数阶傅里叶变换的双基地雷达线性调频信号的参数联合估计新方法

该文提出一种双基地MIMO雷达线性调频(LFM)信号参数的联合估计新方法。在所提出的新的双基地MIMO雷达的信号模型基础上,利用分数阶傅里叶变换对线性调频(LFM)信号的能量聚集特性进行提取,根据分数阶傅里叶变换域内的峰值点对多普勒频移尺度和时延进行估计,并采用FRFT-MUSIC算法实现了线性调频(LFM)信号收发角的联合估计,实现了收发角的自动配对。仿真实验验证了算法的有效性。     

Interference mitigating based on FRactional Fourier Transform in Transform Domain Communication System

The method of FRactional Fourier Transform （FRFT） is introduced to Transform Domain Communication System （TDCS） for signal transforming in the paper after theoretical analysis. The method yields optimal Basis Function （BF） by FRFT with optimal transform angle. The TDCS using the proposed method has wider usable spectrum, stronger robustness and better ability of anti non-stationary jamming than using usual methods, such as Fourier Transform （FT）, Auto Regressive （AR）, Wavelet Transform （WT）, etc. The main simulation results are as follows. First, the Bit Error Rate （BER） Pb is close to theoretical bound of no jamming no matter in single tone or in linear chirp interference. Second, the interference-to-signal ratio J/E is at least 12dB more than that of Direct Spread Spectrum System （DSSS） under the same BER if the spectrum hopping-to-signal ratio is 1：20 in chirp plus hopping interfering. Third, the Eb/N0 （when estimation difference is 90% between transmitter and receiver） is about 3.5dB or about 0.5dB （when estimation difference is 10% between transmitter and receiver） more than that of theoretical result when no estimation difference under Pb = 10^-2.     

基于FRFT的对称三角LFMCW信号检测与参数估计

对称三角线性调频连续波(STLFMCW)信号是一种典型的低截获概率雷达信号。该文通过分析STLFMCW信号在分数阶Fourier变换(FRFT)域的频谱分布特征,发现STLFMCW信号包含的各段LFM信号在其对应的最佳FRFT域内具有很好的能量聚集性;各段LFM信号在频域内会完全重叠,叠加的频谱幅度较高,在低信噪比条件下,严重影响STLFMCW信号的检测与参数估计。因此,利用FRFT检测STLFMCW信号时,必须克服该问题。该文提出一种FRFT与聚类分析相结合的STLFMCW信号检测与参数估计方法。该算法解决了由STLFMCW信号的频谱叠加给信号检测带来的问题,而且,克服了信号尖峰的高度必须高于噪声幅度的限制,在低信噪比条件下具有较好的检测效果。最后,仿真验证了该方法的有效性。     

基于分数阶谱相减的语音增强法

该文提出了基于分数阶谱相减的语音增强法(FSS)。该方法通过对带噪语音信号作分数阶傅里叶变换(FRFT),将得到的分数阶语噪混合谱与估计的分数阶噪声谱相减,最后利用分数阶Fourier反变换获得去噪后的语音信号。理论分析表明,所提方法存在一个最佳分数阶阶数,使得语噪混合信号能在分数阶变换域得到最好的分离,从而有效地提高了增强语音的性能。计算机仿真表明,对于混有加性白噪声的男/女声发音信号,所提方法在信噪比提高量和Itakura距离减少量两个方面都优于传统的谱相减法(SS),并且增强语音中的音乐噪声得到了明显抑制。