基于HHT的非平稳信号特征提取与参数估计方法研究

摘要

无线通信网络已经成为现代人类生活中信息传输的重要方式，但是其开放式的传输环境导致信道中传输的信号较容易被第三方进行侦听和破译。因此，如何确保信息传输的安全性成为无线通信网络演进过程中至关重要的一环。近年来，无线通信物理层安全技术备受关注，其研究重点是物理层波形信号的设计。
　　从提高无线通信系统安全性和可靠性的角度出发，如果能够构造一种不具备循环平稳性和各态历经性的非平稳无线通信信号，就意味着在不同时间点和时间段内对信号的观测获得的均值和自相关值均不相同。而且随着观测量的增加，信号特征更加模糊，即无法通过长期大量观测获取到信号的统计特征，从而提升信号的抗侦察和抗截获性能。由于所构造的非平稳无线通信信号具有时变参数特性，因此，需要采用时频分析方法来描述和评价其特性。希尔伯特-黄变换（HHT）是一种新型的时频分析方法，该方法是一个对信号进行平稳化处理的过程，通过瞬时频率来表征原始信号中的频率含量。
　　本文的主要研究工作是以Chirp信号为例，对时频分析方法HHT的基本分析和检测性能进行研究，并利用该方法对构造的非平稳无线通信信号的通信参数进行检测和分析，验证所构造非平稳无线通信信号的抗检测性能。本文主要工作可以分为以下几个部分：
　　（1）基于对 HHT基本理论的深入理解，研究了其关于平稳度的定义，通过仿真分析说明了HHT的平稳度具备描述信号非平稳性的能力，通过比较Chirp信号的平稳度大小可以衡量信号的频率变化快慢。
　　（2）通过分析几类典型信号，研究 HHT的时频分析性能，并与几种常见的时频分析方法进行对比。仿真结果表明，HHT在描述信号的时频特性方面具有优异的性能。
　　（3）基于HHT对Chirp信号进行参数估计，分别研究了不同参数估计方法、采样频率、信号频率取值、两个分量以及噪声对参数估计结果的影响。仿真表明，基于HHT对无噪单分量Chirp信号进行参数估计可以取得良好的效果。
　　（4）基于 HHT对不同参数情况下非平稳无线通信信号进行检测和分析，验证所构造的非平稳无线通信信号的抗检测性能。仿真表明，针对无噪情况下载波频点数较少的非平稳无线通信信号，HHT具有良好的检测性能。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

缩略语表

第一章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文安排

第二章 HHT基本理论

2.1 瞬时频率

2.2 固有模态函数（IMF）

2.3 经验模态分解（EMD）

2.4 Hilbert谱分析

2.5 平稳度

2.6 本章小结

第三章 HHT算法与常用时频分析方法的比较研究

3.1 常用时频分析方法概述

3.2 仿真分析

3.3 本章小结

第四章 基于HHT的Chirp信号参数估计研究

4.1 Chirp信号参数估计基本概念

4.2 基于HHT的单分量Chirp信号参数估计研究

4.3 基于HHT的双分量Chirp信号参数估计研究

4.4 基于HHT的有噪Chirp信号参数估计研究

4.5 本章小结

第五章 基于HHT的非平稳无线通信信号分析

5.1 非平稳无线通信信号

5.2 基于HHT的非平稳无线通信信号分析

5.3 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

学位论文评审后修改说明表

学位论文答辩后勘误修订说明表