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基于DFT和小波变换的数字信号分析的研究及其在现代仪器平台中的应用

作　者: 代俊光
导　师: 陈光（礻禹）
学　校: 电子科技大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 数字信号处理现代仪器平台谱估计离散傅里叶变换小波变换奇异点检测
分类号: TN957.52
类　型: 博士论文
年　份: 2000年
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内容摘要

随着计算机技术和数字信号处理技术在测量仪器中的广泛应用，现代测试仪器已逐渐实现了平台化、智能化结构，即微处理器已成为现代仪器的核心。在这一通用仪器硬件平台上，采用不同的数字信号处理算法，不仅可提高测试准确度，而且还可代替某些仪器，完成从信号产生到信号指标解析等多种测试功能。因此研究更快、更有效的数字信号处理算法是现代仪器平台技术中十分重要和关键的问题。本文着重研究了周期信号高精度分析、信号参数快速估计、基于小波分析的信号测量和瞬时信号检测、小波分析在雷达信号处理中的应用等，主要贡献包括： 1．提出一种周期信号高精度分析算法。首先，深入研究了抽样定理对正弦信号的适用性，提出周期信号截短原则；然后提出了抽样数据实时补偿算法，而现有的周期信号分析方法大多采用DFT加窗和内插技术，不仅计算量较大，不适宜实时信号处理，而且其应用范围窄。分析实验结果表明，补偿算法与未补偿的分析算法相比，频谱泄漏改善50％以上，并且运算简单 2．研究了噪声环境中周期信号参数估计问题。首先研究相位内插（PIE）算法，提出了基于DFT内插技术的周期信号频率估计方法，其渐进均方误差与Cramer-Rao界同阶(N^-3)，然后给出了信号频率、相位和幅度的最优估计算法，其最大渐进方差为Cramer-Rao界下限的1.65倍。而国外同类算法的渐进均方误差为O(N^-1)，并且运算量较大；虽然近年来国外提出了运算简单的最小均方估计算法，但其频谱分辨率较低。 3．提出了一种基于小波变换的信号功率测量算法。利用小波时频联合分析技术，可得到信号在不同频带中的分布。与FFT方法相比，小波分析方法改善了信号谐波分析性能，而且实现简单。另外，还针对短数据谱估计问题，提出了小波谱估计方法，其频率分辨率要高于FFT方法。 4．提出了一种利用小波变换检测瞬时信号的方法，能在较低信噪比下正确检测到信号和估计出它的到达时间。还推导了相应的检测统计量及其统计分布特性。理论分析和计算机模拟结果表明，本方法是有效的，摘要—— 是提高检测性能的一种新途径。 5．将VXI总线雷达测试系统作为仪器平台，在该平台上实现了基于小波分析的目标检测方法一能量特征矢量法，提高了雷达系统的目标识别能力；并将小波分析用于测量散射波波达时间及去噪，去除了白噪声和时间抖动噪声的影响。而传统的雷达一般没有自动测试系统，难以进行整机指标测试；其信号处理是基于傅氏变换的，它对于雷达瞬态信号这样的突变和非平稳信号难以获得较理想的结果。本文所研究的算法都已在计算机上实现，实验结果验证了本文所研究算法的正确性和优越性。

全文目录

第一章绪论  12-20
  1．1 现代仪器平台中的数字信号处理技术  12-18
    1．1．1 数字信号处理技术在现代仪器平台中的应用  12-14
    1．1．2 数字信号处理的典型方法  14-16
    1．1．3 数字信号处理技术的发展  16-18
  1．2 本文的主要工作及结构安排  18-20
第二章基于DFT的周期信号分析方法的研究  20-36
  2．1 问题的提出  20-25
    2．1．1 正弦信号抽样时出现的特殊问题  20-21
    2．1．2 抽样定理对周期信号的适用性  21-24
    2．1．3 对周期信号截短的原则  24-25
  2．2 高精度的周期信号分析算法  25-34
    2．2．1 周期信号分析算法  25-27
    2．2．2 算法分析  27-31
    2．2．3 实验结果  31-34
  2．3 本章小结  34-36
第三章基于DFT系数内插的信号参数估计算法的研究  36-49
  3．1 基于DFT系数内插的正弦信号频率估计算法  36-43
    3．1．1 引言  36-37
    3．1．2 基于DFT系数内插的正弦信号频率估计算法  37-38
    3．1．3 频率估计算法统计分析  38-41
    3．1．4 实验结果  41-43
  3．2 基于DFT系数的信号参数最优估计算法的研究  43-48
    3．2．1 信号频率最优估计算法  43-44
    3．2．2 估计算法证明  44-46
    3．2．3 信号幅度、相位最优估计  46
    3．2．4 实验结果  46-48
  3．3 本章小结  48-49
第四章小波变换在信号测量及谱估计中的应用的研究  49-71
  4．1 小波变换的引入  49-51
  4．2 小波变换的基本理论  51-58
    4．2．1 小波变换的概念  51-53
    4．2．2 小波变换的时频局部特性  53-55
    4．2．3 信号多分辨率分析  55-58
  4．3 利用小波变换进行周期信号功率测量  58-64
    4．3．1 周期信号功率的小波计算方法  58-61
    4．3．2 双通道正交IIR滤波器组的设计  61-62
    4．3．3 仿真实验  62-64
  4．4 利用小波变换进行短数据信号频谱的测量  64-70
    4．4．1 用于谱估计的离散小波变换  64-66
    4．4．2 采用小波变换的谱计算  66-67
    4．4．3 仿真结果  67-70
  4．5 本章小结  70-71
第五章利用小波变换检测瞬时信号  71-78
  5．1 瞬时信号的小波变换  71-73
  5．2 小波检测器的性能分析  73-76
  5．3 计算机模拟实例  76-77
  5．4 本章小结  77-78
第六章数字信号处理技术在雷达测试系统中的应用研究  78-87
  6．1 基于VXI总线的雷达测试系统  78-79
  6．2 雷达瞬态信号处理技术  79-86
    6．2．1 雷达瞬态信号的特征提取与识别  80-83
    6．2．2 估测散射波波达时间及去噪  83-86
  6．3 本章小结  86-87
结束语  87-89
作者博士期间参加的科研工作与完成的论文情况  89-92
致谢  92-93
参考文献  93-98

基于DFT和小波变换的数字信号分析的研究及其在现代仪器平台中的应用

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