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通信信号的调制方式识别和调制参数估计对于军用电子对抗以及民用频谱监管都具有极其重要的意义。算法相对简单而且识别效果好的调制方式识别方案是目前调制识别领域的趋势和主流。信号的频域分析相比之下具有良好的抗噪特性和相对简单的算法实现,所以将信号的谱分析应用在信号的调制方式识别和参数估计中是本文主要的研究内容。旨在以相对简易的算法实现多种调制信号的识别和参数估计,本文研究的调制信号类别有：2ASK,4ASK,2FSK,4FSK,BPSK,QPSK,OQPSK和PI/4QPSK。本文分析了各种调制信号的功率谱,平方谱,四次方谱以及循环谱,通过数学推导和实际仿真验证,归纳出一套调制信号在谱变换域的分类特征,提出基于谱分析的调制信号识别方案。然后分别对信号的各种特征参数在变信噪比环境下进行仿真和验证,证实特征参数的分类性能。考虑到算法的实时性,信号谱估计的算法完全基于FFT快速变换,并且给出了算法的具体实现步骤。然后,从特征参数抗噪声性,识别范围和算法复杂度三方面和经典的DMRAs算法做了比较,证实了谱分析在调制识别应用中的优越性。另外,本文针对通信领域常用的六种调制方式：2ASK,4ASK,2SK,4FSK,BPSK和QPSK信号,进行了载频估计和码元速率估计研究和算法改进。对于载频不抑制的ASK信号,载频估计采用对信号变换域谱搜索谱峰的方式得到载频估计值,然后在变信噪比环境下,仿真验证了载频估计算法在不同信噪比下的识别率。对于BPSK/QPSK的载频估计,利用BPSK信号平方谱和QPSK信号四次方谱分别在两倍载频和四倍载频处存在离散谱线的特征进行载频估计,然后利用相关累积提升信号信噪比的方法改进载频估计算法。仿真表明,改进后信噪比要求降低8 dB左右。对于码元估计,针对ASK, FSK信号其瞬时幅度和瞬时频率与基带信号相对应的特点,采用差分算法替代小波变换提取信号瞬时参数的跳变点信息,然后通过谱分析得到码元速率的估计值,最后仿真验证其在变信噪比环境下的识别率。对于BPSK/QPSK信号,采用延迟相乘构造码元信息序列的方式替代瞬时频率序列改进算法,仿真验证改进后将信噪比要求降低5 dB,同时降低了运算量。最后利用循环谱理论,讨论研究了其基于循环谱的参数估计方法。