基于chirp-rate调制的混合扩频理论与方法研究

混合扩频是复杂电磁环境下进行宽带通信的主要方式。chirp-rate调制（CRM）因其自身特点而便于与其他扩频方式组成混合扩频系统。本项目拟研究基于CRM的混合扩频理论和方法，以分数阶Fourier变换为主要处理工具，并依据CRM的特点和优势，重点突破不同（衰落）信道下的最优调制解调方案、同步方案、信道估计算法，构建出相应的混合扩频通信系统理论框架，并进一步分析其在复杂电磁环境下的稳健性，提出适用于该混合扩频系统的自适应抗干扰方法和多址方案，给出其抗多址干扰和各种人为干扰的性能分析。研究成果将能够有效改善混合扩频通信系统的传输性能和稳健性，并进一步完善分数阶Fourier变换的理论体系。

本课题研究基于CRM的扩频通信理论和技术，在调制解调方案、同步方法、多分量信号时频分析工具和时频滤波降噪、基于CRM的扩频系统高效传输、自适应抗干扰方法、多入多出（MIMO）系统以及多址这几个方面进行了较深入的研究。现对本文的研究结果总结如下：（1）在调制解调方面，通过对chirp信号调频率和初始频率的估计性能分析，确定Ozaktas采样型算法更适合于CRM信号的数字解调；其次，分析了不同调制参数对CRM调制信号正交性以及分数阶Fourier域数字解调中离散采样偏差的影响。（2）提出了以大时宽带宽积的chirp脉冲作为同步信号的同步方式。通过理论分析和仿真验证，可以发现该方法具有良好的同步精度、较强的多径分辨能力和抗多普勒频移能力。（3）在多分量信号时频分析工具和时频滤波降噪方面，首先，结合线性正则变换的时频分析灵活性和S变换的良好频率分辨率，提出了线性正则S变换；其次，在Cohen类时频分布交叉项特性分析基础上，分别提出了利用图像旋转技术的WVD交叉项抑制方法、基于FRFT的WVD交叉项抑制方法和利用Margenau-Hill变换来抑制WVD交叉项的方法；最后，结合FRFT和稀疏分解思想，推导了在分数阶Fourier域（FRFD）中的稀疏分解公式。（4）提出了一种码元宽度部分重叠的chirp-rate调制高效传输方法，推导了其带宽效率提高倍数及最大值的解析表达。（5）研究了基于自适应阵列天线的干扰抑制方法。首先，提出了一种新的基于阵列天线单次快拍数据的相干信源二维DOA快速估计方法。该方法解决了二维DOA估计问题和实现了相干信源完全解相干。另外，提出了基于阵列平均的多分量chirp信号盲分离算法。该算法不仅可以捕获分离chirp信号，还能够估计出相应的空间混合矩阵。（6）研究了格规约技术在MIMO系统中的应用。首先推导出两种适合LLL算法的复Givens旋转矩阵，证明了最简的Givens旋转矩阵；其次，提出了一种新的基于MMSE准则的Lattice Reduction辅助线性并行检测算法，该算法在可取得近似最优检测性能条件下，复杂度仅为相同性能下同类分组并行算法的14%。（7）从对消解调的角度，导出了时相调制信号在加性白高斯噪声信道下的误码率表达式。并进一步依据时相调制信号的相关系数，分析了其频分多址接入性能，导出了用户间载频差与相关系数的解析关系表达式。