循环广义相关熵理论研究及在无线电信号参数估计中的应用

In the application of wireless signal monitoring, parameter estimation under complicated conditions have always been key research topics and important problems to be solved. Aiming to solve the practical problems of parameter estimation for wireless signals in the presence of impulsive noise and co-channel interference, the problems are first modeled as theoretical problems in the field of non-Gaussian and non-stationary signal processing. Combining the ideas of generalized correntropy and cyclic statistics, this project plans to go beyond the existing framework of fractional lower-order cyclic statistics and focus on the fundamental theory of cyclic generalized correntropy, upon which, novel parameter estimation methods for wireless signals seem reasonably promising. Further study includes ① four sub-topics on cyclic generalized correntropy (CGCE) fundamental theory, such as concepts, properties, spectral features and parameter selection and ② three sub-topics on parameter estimation methods related with wireless passive positioning, such as DOA, TDOA, TDOA/FODA estimation. The approval and completion of this project will effectively benefit the development of non-Gaussian and non-stationary signal processing related theories and highly promote the techniques of wireless signal parameter estimation in the presence of impulsive noise and co-channel interference. Therefore, this project demonstrates both theoretical and practical significance.

在无线电监测领域中，复杂条件下的无线电信号参数估计问题始终是研究的重点，亟待解决。在脉冲性噪声和同频带干扰并存条件下，本项目拟针对无线电信号参数估计实际问题进行研究，首先将其凝练为非高斯、非平稳信号处理理论问题，结合广义相关熵和循环统计量的思路，突破现有的分数低阶循环统计量理论，逐步搭建循环广义相关熵基础理论框架，并在此基础上提出新的无线电信号参数估计方法，研究内容主要包括：①针对循环广义相关熵基础理论的研究，涵盖概念、性质、谱峰特征和参数选择四个方面；②针对无线被动定位相关的参数估计新方法的研究，涵盖DOA、TDOA及TDOA/FDOA估计方法三个方面。本项目的立项和完成预计能够促进非高斯、非平稳信号处理理论发展，并切实提脉冲性噪声和同频带干扰并存复杂条件下的无线电信号参数估计技术，故而在理论上和实际应用中都具有重要意义。

【背景】近年来，无线电通信技术和相关产业发展态势迅猛，针对无线电信号参数估计的研究也日益受到广泛关注，并在诸多方面取得了显著的进步。但是针对复杂电磁环境中，尤其是脉冲性噪声和同频带干扰并存条件下的无线电信号参数估计问题的研究还较少。【主要研究内容】针对上述问题，本项目首先从循环平稳信号处理理论入手，针对循环广义相关熵的特例循环相关熵以及其谱函数进行了系统研究，尤其是针对其存在性和谱峰位置等性质进行了研究；此外，还针对广义协方差的概念进行了研究；在上述概念和性质的理论基础上，分别研究了码元速率估计方法、调制方式识别方法和波达方向估计方法。【重要结果】提出了基于循环相关熵谱的码元速率估计方法；提出了基于Cauchy Score函数和轻量化神经网络的调制方式识别方法；提出了GC-MUSIC和NC-GC-ESPRIT方法，解决脉冲噪声条件下无线电信号波达方向估计问题。【关键数据】本项目所提出的方法能够进一步提升在强噪声情况下的参数估计性能或者调制方式识别性能。相比于其他方法，在更恶劣的仿真条件下，例如广义信噪比（GSNR）降低1-4dB，本项目所提出的方法能够取得相同的性能。【科学意义】在理论层面，上述概念和性质的研究进一步补充了非平稳和非高斯信号处理理论；在应用层面，上述方法的提出进一步提升了复杂电磁环境下无线电信号参数估计方法的性能。