单频波的通信体制由于在多普勒性能下的高误码率,非单频波的通信系统逐渐步入人们的视线。非线性调频信号作为非单频波的代表,能量聚集度更好,频带利用率更高,并且在抗多普勒性能上有更好的表现,因此关于非线性调频信号的研究逐渐成为了现代无线通信研究的热点方向。本文在正弦非线性切普键控(Sine Non-linear Chirp Keying,SNCK)通信系统的理论下,对SNCK已调信号的谱特征进行了深入的研究,主要内容概要如下:首先,以非单频波信号为基础进行不断波形优化,设计出SNCK波形。根据SNCK数学模型搭建SNCK通信系统,给出实现框图。时宽带宽积D为SNCK已调信号主要参数,根据贝塞尔函数的性质,推出在D = π/2时实现波形样本正交。分析SNCK通信系统在不同时宽带宽积的条件下的误码率曲线,讨论了多普勒频移和载波相差时系统性能的变化。其次,介绍功率谱、循环谱(Cycle Spectrum)、分数阶傅里叶变换(Fractional Fourier Transform,FrFT)和倒谱(Cepstrum)的原理,研究信号转换到不同域上的不同方法。讨论并分析不同D值的SNCK已调信号功率谱,。根据循环谱定义推导SNCK已调信号的循环谱数学公式,推出SNCK已调信号的载波频率和码元速率在循环谱截面的特征。由FrFT的量值归一化原理,推导不同码元的SNCK已调信号FrFT,并得出FrFT是一种适于用做SNCK通信系统的非相干解调方法。将倒谱检测用在非线性调频信号SNCK已调信号中,分析其倒谱特征。同时讨论在不同信噪比及多普勒频移时谱特征的变化。最后,搭建基于FPGA的半物理测试平台,选用离散频率平滑估计法对SNCK已调信号的循环谱进行估计,利用汉明窗的滑动,求其f = 0的截面。选用采样型DFrFT方法对SNCK已调信号实现FrFT,得到变换后的信号特征。将验证平台得到的结果与软件仿真的结果进行对比,验证一致性。