非平稳信号是现实生活中普遍存在的一种信号形式，但在相当长一段时间内，人们对信号的分析仅局限于平稳情况。随着对各种信号处理要求的提高、研究的深入，非平稳信号的处理逐渐成为现代信号处理研究的热点之一。于是研究人员提出了一系列新的时频分析理论和方法，分数傅里叶变换就是其中一种。它是在时频平面内，坐标轴绕原点逆时针旋转任意角度后到达的分数傅里叶变换域上信号的表示方法，是一种广义的傅里叶变换。Chirp信号(线性调频信号)是一种典型的非平稳信号，同时，它也是分数傅里叶变换的基函数，这使得分数傅里叶变换在处理Chirp信号方面占有很大优势。　　目前，基于Chirp信号的通信体制受到了一定的关注，主要是将其作为一种宽带信号应用于雷达、声纳和地震勘探等工程技术领域。但在日常通信系统中的应用研究才刚刚起步，因此本文以分数傅里叶变换对 Chirp信号的处理为主要技术路线，在现有通信系统资源框架内，以不增加系统频谱资源为前提，对 Chirp信号在同步捕获、资源复用技术等通信方面的应用潜力展开深入研究，旨在能够更好地提升系统性能、更充分的利用系统资源。主要工作和贡献有以下几个方面：　　第一，对分数傅里叶变换处理 Chirp信号的研究。首先研究了分数傅里叶变换的定义方式和性质，指出其在信号处理，尤其是 Chirp信号处理方面的潜力。然后为使其能够在信号处理中得到实际应用，研究了分数傅里叶变换的离散算法。最后对 Chirp信号的分数傅里叶变换进行了理论推导，研究了实际截断信号的处理结果，为后面章节Chirp信号处理奠定了基础。　　第二，对分数傅里叶变换处理 Chirp同步信号的研究。首先研究了分别以余弦信号和Chirp信号为载波的相关滑动窗同步捕获方法的性能，指出由于Chirp信号良好的自相关特性，其可以在低信噪比时具有很好的捕获精度。为了在不增大同步信号的采样率、能量、带宽的前提下进一步提高同步捕获性能，根据Chirp信号在分数傅里叶域的能量聚集特性，提出一种将Chirp信号变换到分数傅里叶变换域的同步捕获方法，在带宽不变条件下用一个 Chirp信号代替由余弦信号调制的多比特巴克码序列作为同步信号。并且，对这几种同步方法的捕获概率进行了理论推导和比较。研究结果表明随着同步码片数的增加，Chirp信号分数域峰值判决法具有更好的捕获性能，在有多径干扰、相位误差的环境中同样可以得到很好的效果。并且 Chirp信号在分数域易于与余弦载波信息信号相分离，因而对传输信息的干扰小。该方法只需一次计算节省了捕获时间和计算量。　　第三，对Chirp信号资源复用方面的研究。为了将Chirp信号作为载波应用于通信系统，首先研究了 Chirp信号分数域峰值判决法的性能，该方法以 Chirp信号为载波，调频率携带信息，是一种具有很好的抗干扰能力的传输系统。而后为了提高系统在白噪声信道下的性能，在 BPSK调制 Chirp信号的传输系统中引入分数域滤波，获得与传统余弦载波相同的效果。最后，以保持现有通信系统资源和性能不变为前提，提出了一种基于频谱检测的Chirp、余弦信号混合调制解调方法。该方法基于Chirp信号和余弦信号在不同分数傅里叶变换域的聚集特性，在现有的余弦载波通信体制的频谱空隙内叠加 Chirp信号，实现了对频谱资源的复用，引入频域滤波器和分数域滤波器，以消除信号间相互干扰。并通过计算机仿真和硬件实测对所提方法进行了验证。　　第四，对 Chirp信号在扩频通信中应用的研究。为了克服码分多址(CDMA)系统中存在着多用户干扰这一问题，提出了一种扩频序列调制余弦信号和Chirp信号混合载波的扩频方式。研究表明随着系统扩频码长度和用户数的增加，该方法可以获得更低的误码率，并且当系统同步状况恶化时，对系统性能的改善更为明显。该方法在自组网、CDMA上行链路这类无法实现网络严格同步的系统中有很好的应用前景。最后，为了提高系统抗干扰性能，提出一种基于分数傅里叶变换的不等功率谱密度Chirp信号多址方式，用不同调频率的Chirp信号来区分用户，并在接收端引入分数傅里叶变换域滤波。研究结果表明存在单频干扰时，与直扩系统相比该方法可以获得更低的误码率，该方法适合在存在干扰的环境中应用。