论文摘要
宽带信号由于具有抗干扰能力强、分辨率高、目标回波携带的信息量大,与背景噪声相关性弱等特点,有利于目标检测、参量精确估计和目标特征提取,已在雷达、声纳、地震勘探、射电天文等众多领域得到了广泛的应用,如超宽带合成孔径雷达、高距离分辨雷达、宽带低截获概率雷达等。随着宽带信号的广泛应用,对其波达方向的估计越来越受到普遍关注。本文将主要致力于宽带阵列信号处理中的DOA(Direction of Arrival)估计算法和测向模糊问题的研究,具体的研究工作与创新之处有以下几个方面:(1)综述了基于相干信号子空间(CSSM)算法和非相干信号子空间(ISSM)算法的宽带信号DOA估计方法,通过仿真实验对其中三种聚焦算法的估计精度和分辨力等性能进行了对比。(2)研究了宽带信号阵列流形的特点,根据信号频率与阵元间距相对变化的特点,将频率变化引起的阵列流形变化等效为阵元间距的变化,从而提出利用“虚拟阵列”进行宽带信号DOA估计的思想。(3)直接利用频率和阵元间距相对变化的特点,结合示意图分析,提出第一种虚拟阵列产生方法——移相法;通过对窄带数据求互相关,构造出了包含DOA信息的Toeplitz矩阵的表达式,即虚拟阵列的协方差矩阵,提出第二种虚拟阵列产生方法——相关法。(4)对两种虚拟阵列DOA估计方法的性能进行了理论分析和仿真实验,表明该方法可估计的宽带信号DOA个数多于阵元数;无需构造聚焦矩阵,大大减小了计算量,并且实际阵元间距不受空间采样定理限制,可有效提高估计性能和减小阵元之间的互耦影响。(5)研究了阵列测向中的测向模糊问题,从理论分析和仿真实验两方面对常用阵列形式的模糊情况做了比较,并给出具有实际意义的结论。在阵元个数相同、阵列孔径一致以及考察方向为全向的条件下,对比各个阵列的测向模糊和精度,最终得到圆阵为最优阵列形式的结论。