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雷达/通信侦察中相位编码信号分析处理技术研究

作　者: 徐海源
导　师: 张锡祥；周一宇
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 相位编码信号长码直扩信号检测参数估计调制分类 Radon变换循环平稳高阶矩相关函数二阶矩特征值分解
分类号: TN975
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

在现代雷达和通信系统中,相位编码是广泛应用的一种调制方式。针对不同的应用需求,相位编码信号所采用的具体编码形式又各不相同,这就要求侦察接收机必须根据侦察对象的特点采取相应的处理方法,以达到最佳的截获性能。本文对雷达和数字通信中常用的几类相位编码信号的侦察处理问题进行了研究和探索,主要工作如下:1.针对低截获概率（LPI）雷达中常用的基于线性调频（LFM）导出的一类多相编码信号的检测和参数估计问题,利用这类信号在模糊平面和时频平面内的线性特征,提出了基于Radon-Ambiguity变换（RAT）和改进的Radon-Wigner变换（RWT）的联合检测与参数估计方法。以P4码信号为例推导了参数估计的克拉美.罗下限（CRLB）,并通过仿真表明,基于RAT和RWT的参数估计性能相近,在低信噪比下均比较接近CRLB。2.针对卫星通信中常用的非平衡QPSK（UQPSK）信号的参数估计问题,推导了UQPSK信号的谱相关函数,提出了基于谱相关的载频、码速率、初相以及I、Q通道功率比的估计方法。对功率比的估计性能进行了分析,并通过仿真验证了性能分析的正确性。针对采用长、短周期伪码（PN码）扩频的UQPSK直扩信号的扩频周期估计问题,采用相关函数二阶矩方法进行了分析。推导了UQPSK直扩信号的相关函数二阶矩,详细分析了长、短PN码信号的扩频周期检测性能与各种参数的关系,并进行了仿真验证。3.针对数字通信中相位编码等线性调制信号采用的一类平方根升余弦成形滤波器的参数估计问题,提出了基于IFFT（逆快速傅立叶变换）和最小二乘的估计方法,并对滚降系数的估计性能进行了理论分析。仿真表明所提出的滚降系数和码速率估计方法具有较高的估计精度,并且具有低信噪比适应能力。4.针对卫星测控/数传链路中常用的BPSK、QPSK、OQPSK和UQPSK信号的调制分类问题,本文根据这四种信号的复码元序列特性提出了基于高阶矩的特征C₁和C₂,实现了层次分类,所提出的分类特征对载频偏移和相位偏移具有不变性。对分类算法的性能进行了详细的理论分析,并通过仿真验证了算法的有效性。5.针对长码直扩信号的参数估计问题,本文对扩频码长P与扩频增益L之比K是否为整数的情况分别进行了研究。对于K为非整数的长码直扩信号,提出了基于对相关函数二阶矩进行后处理的符号速率估计方法。结合理论推导和仿真验证表明,K为非整数的长码直扩信号的相关函数二阶矩不仅在PN码周期整数倍处出现峰值,而且还隐含了符号周期的信息。通过一系列处理后,能够在较低信噪比条件下得到符号速率的有效估计。对于K为整数的长码直扩信号,推导了其相关函数二阶矩,得出了与短码直扩信号和K为非整数的长码直扩信号不同的结论;提出了基于最大范数的符号周期和同步偏移估计方法,并进行了改进以提高低信噪比适应能力;最后,提出了对协方差矩阵进行分块特征值分解的PN码序列估计方法。

全文目录

摘要  12-14
ABSTRACT  14-16
第一章绪论  16-31
  1.1 研究背景  16-17
  1.2 相位编码信号侦察处理的基本问题  17-18
  1.3 相位编码信号分析处理技术的研究现状  18-29
    1.3.1 LPI雷达中多相编码信号的应用与侦察处理方法  18-20
    1.3.2 数字通信侦察中相位编码信号的检测与参数估计  20-26
    1.3.3 数字通信侦察中相位编码信号的调制分类  26-29
  1.4 本文的研究内容  29-31
第二章基于线性调频导出的多相编码信号的检测与参数估计  31-59
  2.1 引言  31
  2.2 LPI雷达中的脉冲压缩技术及性能分析方法  31-35
    2.2.1 脉冲压缩雷达的基本原理  31-32
    2.2.2 LPI雷达波形的分析方法  32-35
  2.3 相位编码脉冲压缩信号  35-40
    2.3.1 信号模型  35-36
    2.3.2 基于线性调频导出的多相编码信号  36-40
  2.4 基于Radon变换的多相编码信号检测与参数估计  40-48
    2.4.1 基于RAT的多相编码信号检测与参数估计  40-44
    2.4.2 基于RWT的多相编码信号检测与参数估计  44-48
  2.5 参数估计的CRLB  48-52
  2.6 仿真实验与性能分析  52-58
    2.6.1 基于RWT的检测性能分析与仿真  52-54
    2.6.2 基于Radon变换的参数估计性能仿真  54-56
    2.6.3 参数估计的分辨率分析  56-57
    2.6.4 运算量分析  57-58
  2.7 本章小结  58-59
第三章 UQPSK信号参数估计  59-88
  3.1 引言  59-60
  3.2 基于谱相关的UQPSK信号参数估计  60-76
    3.2.1 UQPSK信号的谱相关函数  60-63
    3.2.2 基于谱相关的UQPSK信号载频、码速率和初相估计  63-65
    3.2.3 基于谱相关的UQPSK信号功率和功率比估计  65-66
    3.2.4 参数估计性能分析  66-74
    3.2.5 仿真分析  74-76
  3.3 基于相关函数二阶矩的UQPSK直扩信号扩频周期估计  76-86
    3.3.1 UQPSK直扩信号模型  76-77
    3.3.2 UQPSK直扩信号的相关函数二阶矩分析  77-81
    3.3.3 长、短PN码周期的检测性能分析  81-84
    3.3.4 仿真分析  84-86
  3.4 本章小结  86-88
第四章数字通信侦察中相位编码信号的成形滤波器参数估计  88-103
  4.1 引言  88
  4.2 线性调制信号的功率谱  88-90
  4.3 平方根升余弦滤波器  90-91
  4.4 基于IFFT的滚降系数估计  91-97
    4.4.1 功率谱估计及其预处理  91-93
    4.4.2 滚降系数的估计  93-94
    4.4.3 滚降系数的估计性能分析  94-97
  4.5 基于最小二乘的码速率估计  97-98
  4.6 仿真分析  98-101
  4.7 本章小结  101-103
第五章卫星测控/数传链路侦察中相位编码信号的调制分类  103-122
  5.1 引言  103-104
  5.2 信号模型  104-105
  5.3 基于高阶矩的调制分类算法  105-108
    5.3.1 OQPSK的识别  105-107
    5.3.2 BPSK、QPSK和UQPSK的分类  107-108
    5.3.3 分类算法流程  108
  5.4 算法性能分析  108-116
    5.4.1 分类特征的统计特性  108-113
    5.4.2 平均分类正确率  113-116
  5.5 仿真分析  116-121
  5.6 本章小结  121-122
第六章长码直接序列扩频信号参数估计  122-150
  6.1 引言  122-123
  6.2 长码直扩信号模型  123
  6.3 K为非整数的长码直扩信号的参数估计  123-132
    6.3.1 K为非整数的长码直扩信号的相关函数二阶矩分析  124-126
    6.3.2 符号速率估计  126-129
    6.3.3 仿真分析  129-131
    6.3.4 相关函数二阶矩估计的计算量分析  131-132
  6.4 K为整数的长码直扩信号的参数估计  132-148
    6.4.1 K为整数的长码直扩信号的相关函数二阶矩分析  132-134
    6.4.2 基于最大范数的符号周期和同步偏移估计  134-141
    6.4.3 基于分块矩阵特征值分解的PN码序列估计  141-142
    6.4.4 仿真分析  142-148
  6.5 本章小结  148-150
第七章结束语  150-153
  7.1 本文的主要成果和创新点  150-151
  7.2 进一步工作的展望  151-153
致谢  153-154
参考文献  154-164
作者在攻读博士学位期间完成的学术论文  164-166
作者在攻读博士学位期间参与的科研项目  166

雷达/通信侦察中相位编码信号分析处理技术研究

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