基于循环平稳特征的非平稳信号分析方法研究

摘要

无线通信网络已经成为现代人类生活中不可缺少的组成部分。由于无线通信信道天然具有开放性，因此容易被截获、监听和破译。因此，如何确保信息传输中的安全性成为了无线通信网络演进过程中非常重要的一环。
　　基于无线通信系统安全性和可靠性的角度，无线通信系统物理层的安全技术备受关注。从物理层波形信号的设计考虑出发，如果能够构造一种具有非平稳特征的无线通信信号，令其在不同时间段内对信号的观测获得的均值和自相关值均不相同，就可以降低甚至消除信号的循环平稳性和各态历经性。检测这种信号时，越长的观测量反而会导致信号特征的描述趋于模糊化，无法通过长期观测获取到信号足量的统计特征，因此可以实现提升信号抗截获性能的目的。根据上述思路，基于传统的跳/扩频技术，在信号构造过程中对传统固定通信参数进行随机化处理，构造了一种非平稳无线通信信号。
　　本文的主要研究工作是以传统跳频扩频通信信号为参考，以非平稳通信信号作为分析对象，利用短时傅里叶变换和循环谱相关分析方法对两类信号的特征和抗检测性能进行了对比分析。本文主要工作可以分为以下几个部分：
　　（1）详细介绍了短时傅里叶变换与循环平稳相关分析方法。参照传统跳频扩频信号的构造方式，选定其中的部分固定通信参数进行随机化处理以此构造一种非平稳无线通信信号。
　　（2）基于时频脊线算法分别对于传统跳频扩频信号和非平稳无线通信信号进行分析对比，并根据检测分析结果对于时频脊线进行了改进。仿真结果表明在时频图上，非平稳通信信号的变化更为复杂跳周更难估计，检测难度比传统跳频扩频信号大。
　　（3）介绍了循环平稳的相关检测原理和循环统计量的选择，基于循环平稳相关理论对传统跳频扩频通信信号和非平稳通信信号进行仿真对比分析。仿真结果表明，非平稳通信信号的循环平稳性比传统跳频扩频通信信号低，循环谱平面上循环频率处的谱线表现出更强的隐蔽性，因此有着更好的抗截获性能。

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缩略词表

第一章 绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状与发展趋势

1.3论文安排

第二章 短时傅里叶变换与循环谱分析方法

2.1信号分类及特点

2.2时频分析法介绍

2.3循环平稳相关理论

2.4非平稳信号分析方法比较

2.5本章小结

第三章 传统跳频扩频通信信号与非平稳通信信号

3.1传统扩频技术

3.2非平稳通信信号

3.3传统跳扩频通信信号与非平稳通信信号对比

3.4本章小结

第四章 基于短时傅里叶变换的非平稳信号检测分析

4.1短时傅里叶变换检测过程

4.2短时傅里叶变换时频图

4.3时频脊线分析以及跳周估计

4.4基于时频脊线的跳频信号存在性检测

4.5时频脊线检测算法的改进

4.6本章小结

第五章 基于循环谱的非平稳信号检测分析

5.1循环谱相关法检测原理

5.2循环谱相关法分析仿真

5.3本章小结

第六章 总结与展望

6.1全文总结及主要贡献

6.2研究工作展望

致谢

参考文献

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