循环相关熵基础理论研究及在无线定位技术中的应用

For the problem of impulse noise and co-channel interference in the radio monitoring, which seriously affects the performance of wireless source location, this project abstracts it into a class of non-stationary and non-Gaussian signal processing, and intends to conducts the following research works in the cyclic-domain by breaking through the limitation of the fractional lower order statistics and the correntropy: (1) To propose and complete the concepts on “the cyclic correntropy” and its spectrum and ambiguity function, and study the existence of the cyclic correntropy to a class of modulated signals and other properties; (2) To study the estimation algorithms for the cyclic correntropy under a limited receive data condition, determine the relationship between the estimation precision and data length, and find the fast algorithm for calculating the cyclic correntropy; (3) To compare and study the similarity and difference between the fractional lower order statistics and the cyclic correntropy under the condition of noise and co-channel interference; (4) To apply the theories and methods studied in this project into the practice of wireless source positioning, improving the precision and efficiency of the wireless source location under the impulse noise and co-channel interference conditions. This project is important for the establishment of the cyclic correntropy based theory frame for non-stationary and non-Gaussian signal processing, and for the improvement of the radio monitoring technology.

针对无线电监测中脉冲噪声与同频干扰并存并严重影响无线定位性能的问题，本项目将其上升为一类非平稳、非高斯信号处理理论问题，突破现行分数低阶统计量和相关熵的局限性，在信号的循环域进行以下研究：（1）提出并完善“循环相关熵”及其谱和模糊函数等概念，系统研究循环相关熵对于一类调制信号的存在性与其他性质。（2）系统研究有限接收数据下循环相关熵的估计方法，探索数据长度与估计精度之间的关系。引入压缩信号处理概念，提出循环相关熵快速算法。（3）系统对比分析循环相关熵与分数低阶统计量和相关熵等在脉冲噪声与同频干扰并存环境的信号处理与参数估计性能差异及机理。（4）将本项目基于循环相关熵及其谱和模糊函数的信号处理方法应用于TDOA和DOA估计等，提升脉冲噪声和同频干扰并存条件下无线定位技术的精度和效率。本项目对于建立基于“循环相关熵”的非平稳、非高斯信号处理理论框架，对于提升无线电监测的技术水平具有重要意义。

针对无线电监测中常遇到的脉冲性噪声和同频带干扰环境下进行无线定位技术的实际问题，本项目提炼出一类非高斯、非平稳信号处理的理论问题。突破经典分数低阶循环统计量（FLOCS）算法的局限性，在信号的循环域深入研究高斯核函数与“相关熵”问题，在创新性地提出“循环相关熵”概念的基础上，进一步系统提出了“循环相关熵谱”、“广义循环相关熵”和“复循环相关熵”等理论概念，系统研究并证明了这些基本理论概念所具有的性质。进一步地，把循环相关熵等基本理论方法推广应用到脉冲噪声与同频干扰条件下的无线目标定位问题中。具体成果主要包括：进一步扩展完善了循环相关熵的基本理论概念，进一步推进了搭建循环相关熵理论框架的进程。系统研究并证明了循环相关熵及其扩展概念的性质，使得循环相关熵的基本理论得到进一步完善。探索研究了短数据条件下基于压缩感知的循环相关熵计算方法。提出了基于循环相关熵的无线电信号载频估计、码元速率估计与调制识别方法，有效改善了这些参数估计与分类识别方法的性能。基于循环相关熵的理论方法，在仿真和真实数据条件下开展了无线定位中的时延（TDOA）估计、波达方向（DOA）估计和波束形成等方法的研究与实验，得到显著的性能提升。把循环相关熵与压缩感知理论相结合，研究了循环相关熵谱重构与无线定位中的参数估计问题，改善了DOA估计的性能，对于短数据条件下循环相关熵的计算与应用取得好结果。本项目对于非高斯、非平稳信号分析处理与参数估计理论方法的发展具有重要推动作用，对于提升无线电监测中目标定位的技术水平具有重要意义。