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Chirp信号作为一种非平稳信号，在雷达，通信，声呐等领域具有广泛的应用。尤其是 Chirp信号参数估计和时频移估计常用于通信系统中的精确同步、信道估计和补偿，以及雷达系统中目标信息的提取。Chirp信号也是一种典型的时频信号，为了更好地检测 Chirp信号和估计相应的参数，可利用时频变换将其映射到时频域来处理。随着电磁环境的日益复杂，由于不同的时频变换对 Chirp信号具有不同的能量聚集性，从计算复杂度，估计精度以及抗噪声性能等方面对 Chirp信号的检测和参数估计算法提出了更高的要求。本文针对在低信噪比下，Chirp信号的检测和时频移估计开展研究，主要研究内容如下： 1.分析了基于分数阶傅里叶变换（Fractional Fourier Transform，FRFT）和三次相位函数（Cubic Phase Function，CPF）的Chirp信号参数估计算法的基本原理。从计算复杂度，检测和参数估计性能等方面对两种算法进行了比较，并通过仿真验证了两种算法的参数估计性能。 2.为了提高低信噪比下Chirp信号在Zak域的检测和参数估计性能，利用Chirp信号在Zak域的稀疏表示和自相关特性，结合图像直线检测技术Hough变换（Hough Transform，HT），给出基于Zak-Hough变换的单分量Chirp信号参数估计算法和基于Zak域相关的时延估计算法。仿真结果表明，在低信噪比下能准确估计Chirp信号参数和接收信号的时延。 3.针对具有时频移的单径接收信号模型，研究了采用幂调频（Power Frequency-Modulated，PFM）信号进行时频移估计的基本原理，并给出一种PFM信号的时频移估计算法。为了消除该算法中时延估计对频移估计准确性的影响，继而设计了一种组合幂调频（Combined Power Frequency-Modulated，CPFM）信号，并给出独立估计时延和频移算法。为了降低时频移估计算法的计算复杂度，设计了一种组合线性Chirp（Combined Linear Chirp，CLC）信号，并给出相应的时频移估计算法。最后从计算复杂度，信噪比门限以及时频移参数估计性能等方面对这三种时频移估计算法进行性能仿真和对比分析。