《時頻分析與盲信號處理》系統(tǒng)地闡述了盲信號處理的主要需求和內(nèi)容,介紹了二維信號經(jīng)時頻變換成三維空間后新型時頻特征曲線的提取方法、物理內(nèi)涵以及這些曲線形態(tài)與信號幅度、頻率、相位調(diào)制特征的映射關(guān)系,并重點介紹了利用這些新型特征曲線進行特征參數(shù)估計、調(diào)制識別、符號同步、符號識別的具體方法。
《時頻分析與盲信號處理》既可以作為高等院校相關(guān)專業(yè)高年級本科生和研究生的教材,也可作為從事雷達、通信等盲信號處理的工程技術(shù)人員、科研工作者的參考資料。
在深空自主無線電通信、電子偵察等領(lǐng)域,針對非合作信號的盲處理時,需要在無先驗信息條件下,完成信號的檢測、調(diào)制類型識別、特征參數(shù)估計,以及數(shù)字信號的符號同步、盲解調(diào)等處理,有些情況下,還需要通過對特征參數(shù)特異性的判決,實現(xiàn)目標個體識別,這些都對盲信號處理的理論與技術(shù)提出了新的更高的要求。
時頻分析方法是一種新興的信號處理方法,它能夠?qū)⒍S的信號變換到時、頻、幅三維空間,并且二維信號中的幅度、頻率、相位等調(diào)制特征都能夠在時、頻、幅三維空間分布上找到相應(yīng)的映射關(guān)系。因此,時頻分析方法在盲信號處理領(lǐng)域有非常廣闊的應(yīng)用前景。
本書主要針對從事雷達、通信信號處理的工程技術(shù)人員,以及高等院校電子工程、信號與信息處理等專業(yè)的高年級本科生和研究生,重點介紹時頻分析方法在盲信號處理中的應(yīng)用,特別是基于提出的新的時頻特征曲線開展了特征參數(shù)估計、信號自動識別等相關(guān)內(nèi)容研究,希望能對他們有所幫助。
本書共分10章。
第1章緒論,綜述了盲信號處理的基本需求、主要內(nèi)容、技術(shù)特點以及發(fā)展現(xiàn)狀;回顧了時頻分析方法的發(fā)展歷程,介紹了時頻分析方法的分類,以及各類時頻分析方法的特點;結(jié)合盲信號處理需求,通過分析提出了采用的時頻分析類型,并介紹了本書基本研究內(nèi)容。
第2章新型時頻特征曲線及提取方法,根據(jù)對幅度、頻率、相位的檢測性的比較,選定了時頻分析的基函數(shù);介紹了傳統(tǒng)時頻脊基本概念和時頻脊線的提取方法;從盲信號調(diào)制物理量表達為出發(fā)點,研究提出了載頻時頻特征曲線、時頻脊系數(shù)曲線、時頻差值脊線、頻率維特征曲線等新型時頻特征曲線,介紹了這些新型特征曲線的基本概念、提取方法和所表達的物理內(nèi)涵。
第3章典型信號時頻特征曲線形態(tài)分析,介紹了目前盲信號處理中11種典型信號類型及其數(shù)學(xué)表達式;從公式推導(dǎo)和信號仿真兩個角度,分析了11種典型信號的新型時頻特征曲線以及時頻脊線的特征形態(tài);最后總結(jié)了各特征曲線的形狀類型,為后續(xù)盲信號處理奠定了基礎(chǔ)。
第4章基于時頻特征的調(diào)制參數(shù)估計,根據(jù)典型信號調(diào)制參數(shù)分布及變化規(guī)律與各類特征曲線形態(tài)之間的內(nèi)在聯(lián)系,選取與調(diào)制物理量相對應(yīng)的特征曲線進行調(diào)制參數(shù)估計和符號同步處理,確保具有相對最優(yōu)的估計性能。
第5章基于時頻特征的調(diào)制識別特征提取,基于建立的可人工觀察的各調(diào)制類型信號的特征曲線空間,利用特征曲線形態(tài)與典型信號調(diào)制參數(shù)之間的映射關(guān)系,設(shè)計了時頻脊線二等分標準差比值特征、時頻脊線概率特征、時頻脊系數(shù)二等分均值比值法、時頻脊系數(shù)曲線方差特征、時頻特征曲線符號率特征、短時頻率極小極大特征、時頻特征聚類特征等新的機器可識別的調(diào)制識別特征體系。
第6章調(diào)制識別分類器設(shè)計,首先從模式識別角度,分別介紹了貝葉斯理論的假設(shè)檢驗和判決準則,以及識別樹分類器、支持向量機分類器和混合分類器等,并分別利用第5章提出的調(diào)制識別特征和第3章提出的特征曲線進行了調(diào)制類型識別仿真和評估。
第7章基于時頻特征的數(shù)字信號盲解調(diào),利用相應(yīng)時頻特征曲線所表達的物理特征,提出了ASK、CPFSK/FSK、PSK等信號的符號識別方法,進行了常規(guī)條件以及存在多普勒擴散等條件下的模擬仿真,并與理論解調(diào)性能進行了比較分析。
第8章輻射源個體識別特征提取,開展了基于時頻特征曲線為主的個體識別技術(shù)研究,重點介紹了輻射源個體識別特征產(chǎn)生根源及特點,介紹了輻射源暫態(tài)響應(yīng)特征、穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特征、非線性非高斯特征以及輻射源機械掃描特征的提取方法。
第9章基于迭代結(jié)構(gòu)的時頻函數(shù)快速算法,主要從提高時頻處理效率角度,利用指數(shù)遺忘分布能夠進行迭代運算的特點,研究了morlet小波變換和短時傅里葉變換的窗口函數(shù)設(shè)計及其相應(yīng)的迭代運算算法;針對小波變換的相容性條件,提出了相應(yīng)的時頻窗口參數(shù)設(shè)置方法。
第10章過采樣數(shù)據(jù)的壓縮技術(shù),為解決高采樣率與數(shù)據(jù)存儲、傳輸、處理效率之間矛盾,介紹了兩種數(shù)據(jù)壓縮方法:一種為過采樣信號的抽取技術(shù);另一種為數(shù)據(jù)壓縮和重構(gòu)技術(shù)。
本書是作者在清華大學(xué)博士論文的基礎(chǔ)上,結(jié)合長期工作實踐編寫而成的。本書所提出的新型時頻特征曲線和調(diào)制識別特征等創(chuàng)新性成果,離不開博士生導(dǎo)師陸建華院士以及指導(dǎo)老師黃振副研究員的嚴格要求和精心指導(dǎo),涉及的輻射源個體識別技術(shù)部分內(nèi)容也包含了同事宋家乾助理研究員的辛勤勞動,數(shù)據(jù)壓縮與重構(gòu)內(nèi)容部分采用了王瑩桂博士的研究成果。另外,本書撰寫過程中,劉必鎏工程師、劉冰雁研究實習(xí)員在編排、校訂等方面做了大量的工作,在此一并表示感謝。
為便于理解,本書在編寫過程中既注重基本理論、基本概念和基本方法的闡述,又力求數(shù)學(xué)推導(dǎo)與數(shù)據(jù)仿真的統(tǒng)一。但是,由于著者水平有限,書中不可避免還存在一些疏漏和錯誤,懇請廣大讀者批評指正。
高勇,博士,現(xiàn)為某總站總工程師,副研究員。發(fā)表學(xué)術(shù)論文30余篇,其中SCI、El檢索或源刊10余篇,獲得軍隊科技進步一等獎一項,二等獎三項,三等獎六項,出版專著兩本。近年來,作為負責(zé)人或主要完成人,開展863課題、武器裝備預(yù)研課題等近二十項。主要研究方向為盲信號分析、信息對抗和無源定位等。
第1章 緒論
1.1 盲信號處理背景與需求
1.1.1 盲信號處理背景
1.1.2 盲信號處理基本內(nèi)容
1.2 盲信號處理現(xiàn)狀
1.2.1 特征參數(shù)估計研究現(xiàn)狀
1.2.2 調(diào)制識別研究現(xiàn)狀
1.2.3 符號識別研究現(xiàn)狀
1.2.4 輻射源個體識別現(xiàn)狀
1.3 時頻分析方法發(fā)展歷程與分類
1.3.1 時頻分析方法的基本發(fā)展歷程
1.3.2 時頻分析方法的分類與基本特點
1.4 基本研究方法和內(nèi)容
1.4.1 基本研究方法
1.4.2 基本研究內(nèi)容
第2章 新型時頻特征曲線及提取方法
2.1 引言
2.2 時頻變換與時頻函數(shù)選取
2.3 傳統(tǒng)時頻脊線及提取方法
2.4 載頻時頻曲線及提取方法
2.5 時頻差值脊線及提取方法
2.6 時頻脊系數(shù)曲線及提取方法
2.7 其他時頻曲線及提取方法
2.8 本章小結(jié)
第3章 典型信號時頻特征曲線形態(tài)分斬
3.1 引言
3.2 典型信號的表達方式
3.3 典型信號時頻脊線特征
3.4 典型信號載頻時頻曲線特征
3.5 典型信號時頻脊系數(shù)曲線特征
3.6 典型信號零中頻相位曲線特征
3.7 典型信號頻譜沖激響應(yīng)特征
3.8 典型信號短時頻譜曲線特征
3.9 本章小結(jié)
第4章 基于時頻特征的調(diào)制爹數(shù)估計
4.1 引言
4.2 基于時頻特征曲線的載頻估計
4.3 基于時頻特征的符號率估計和符號同步
4.3.1 不同曲線形狀的符號率估計
4.3.2 數(shù)字信號符號同步及符號率修正
4.4 相位調(diào)制信號符號率估計
4.4.1 符號率估計算法
4.4.2 性能仿真及分析
4.4.3 結(jié)論
4.5 頻率調(diào)制信號符號率估計
4.5.1 符號率估計算法
4.5.2 性能仿真及分析
4.5.3 結(jié)論
4.6 幅度調(diào)制信號符號率估計
4.6.1 符號率估計算法
……
第5章 基于時頻特征的調(diào)制識別特征提取
第6章 調(diào)制識別分類器設(shè)計
第7章 基于時頻特征的數(shù)字信號盲解調(diào)
第8章 輻射源個體識別特征提取
第9章 基于迭代結(jié)構(gòu)的時頻函數(shù)快速算法
第10章 過采樣信號的壓縮技術(shù)
爹考文獻