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随着社会信息化程度的加深,对通信系统容量、质量和不同场景适应能力的需求越来越高。本文借鉴甚小线性调频键控(Very Minimum Chirp Keying,VMCK)的技术思路,利用调频信号的强多径分辨力和多普勒频移抑制力,提出一种新型的非单频波数字带通调制方法——正弦型非线性切谱键控(Sine Non-linear Chirp Keying,SNCK);并重点从波形优化设计和高效接收方法两个层面开展研究。 首先,提出两种基于非线性调频信号的数字带通调制方法——对称升余弦键控(Symmetric Raised Cosine Keying,SRCK)、正弦型非线性切谱键控(SNCK);构建两种调制方法的数学模型;通过理论推导和仿真分析,研究两种已调信号的相关特性、频域特性和抗噪特性。最终,选取SNCK作为本文后续研究的对象。 其次,重点研究SNCK调制的参数配置与已调信号波形样本间相关性的内在关联;建立SNCK已调信号波形样本相关性的数学模型,并推导了波形正交需满足的条件,分析了单调频周期和多调频周期SNCK已调信号的正交性。针对双重三角函数积分运算问题,引入第一类贝塞尔函数公式,推导SNCK已调信号波形样本的互相关系数表达式。在分析单调频周期SNCK已调信号正交性的基础上,提出具有最小D值(即最大频带利用率)的正交正弦型非线性切谱键控(Orthogonal SineNon-linear Chirp Keying,OSNCK)调制方法,并分析其已调信号频域特性及相干解调误码率性能。 再次,以提高噪声抑制能力、频带利用率为目标,重点研究SNCK记忆性调制和已调信号线谱去除技术。通过在SNCK已调信号码元间引入记忆性,提出一种记忆性正弦型非线性切谱键控(Memory SineNon-linear Chirp Keying,MSNCK)调制方法;该方法利用维特比译码算法的思路进行解调,通过增加码元间的记忆长度,进而提高系统的抗噪性能。同时,提出基于正交正弦基拟合方法的SNCK已调信号谐波线谱去除方法;该方法具有提高SNCK已调信号频带利用率的特点,并可提高信号的抗噪性能。 最后,为了进一步提高信道适应能力,重点研究SNCK通信系统的接收方法。采用SNCK已调信号分段近似为线性调频(Linear Frequency Modulation,LFM)信号的方法,利用LFM信号和噪声在分数阶傅里叶变换(Fractional Fourier Transform,FRFT)域聚敛特征的差异,提出基于FRFT域的前置滤波方法;理论推导及仿真分析表明:该滤波方法可有效提高SNCK信号的信噪比改善因子。同时,为了提高SNCK通信系统的高动态场景适应能力,提出一种基于FRFT的SNCK通信系统非相干解调方法;与相干解调方法相比,虽然该方法有一定的非相干损失,但解调性能对相位误差不敏感,且具有较强的多普勒频移和多径干扰抑制能力。