论文摘要
波达方向(DOA—Direction of Arrival)估计是阵列信号处理中一个重要的研究领域,广泛应用在雷达、声纳、通信、生物医学等领域中。但是大部分高分辨DOA估计算法都以接收天线阵列的阵元位置、通道幅相响应和阵元间的互耦效应精确已知为前提。而这在实际测向系统中是很难满足的,因此本文就不同的应用背景和实际环境围绕DOA估计中的阵列模型误差参数估计与校正方法、稳健的DOA估计方法进行了研究。针对空间非平稳噪声的情况,提出了一种适用于通道幅相不一致(或阵元位置误差)校正的阵列误差校正方法。该方法结合噪声协方差矩阵的最大似然估计方法对多维校正方法进行了改进,为迭代校正过程提供较精确的初值。仿真结果表明在低信噪比、空间非平稳噪声情况下,此方法具有较大的误差校正范围和较好的校正性能。研究了多径传播情况下的阵列通道不一致性校正问题。分析了两种去相关技术(空间平滑、模式空间变换)对通道幅相误差校正的影响。基于加权子空间拟合方法,提出一种适用于多径情况的通道幅相误差自校正方法。推导了该方法中代价函数的一阶导数及海色矩阵,并通过交替投影和高斯—牛顿算法实现了该代价函数的最优搜索。仿真结果表明该方法具有优良的误差校正和方位估计性能。针对通道幅相不一致和阵元间互耦效应同时存在的情况,提出了一种校正范围较广的阵列误差联合自校正方法。该方法利用鲁棒控制理论中的H~∞滤波方法抑制模型误差及噪声的影响,为迭代联合自校正过程提供较稳健的初始值。此方法不需互耦系数和幅相误差的先验信息且具有较高的分辨力,符合工程应用的需要。提出了一种基于信号分离的宽带DOA稳健测向算法。此算法利用矩阵算子的投影机理对入射信号进行有效的分离,而且矩阵算子的记忆与遗忘特征使得算法在迭代过程中避免陷入局部极值。该算法不需对阵列进行预先测量和校正,具有良好的工程应用前景。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 研究背景及意义1.2 研究历史及现状1.2.1 阵列误差校正技术概述1.2.2 阵列误差校正的研究热点分析1.3 论文主要工作及内容安排第二章 阵列测向系统及误差模型2.1 阵列测向系统模型2.1.1 阵列测向系统物理模型2.1.2 阵列测向系统数学模型2.1.3 基本的阵列结构形式2.2 阵列模型误差的产生机理与建模2.2.1 通道不一致性2.2.2 阵元位置误差2.2.3 阵元间互耦效应2.3 阵列模型误差对DOA估计的影响2.3.1 对子空间分解类测向算法的影响2.3.2 克拉美—劳界2.3.3 仿真实验及结果分析2.4 本章小结第三章 空间非平稳噪声环境下的阵列误差校正3.1 噪声协方差矩阵的估计3.1.1 非平稳噪声模型3.1.2 噪声协方差矩阵的最大似然估计法3.2 空间非平稳噪声环境下阵列误差的校正算法3.2.1 多维参数校正方法性能分析3.2.2 迭代自校正方法性能分析3.2.3 W-MNWF校正算法3.3 仿真实验及结果分析3.4 本章小结第四章 多径条件下通道幅相不一致性的校正4.1 多径传播情况下的信号模型4.2 去相关技术对幅相误差校正的影响4.2.1 空间平滑技术对幅相误差校正的影响4.2.2 模式空间转换技术对幅相误差校正的影响4.3 基于加权子空间拟合的通道幅相误差校正方法4.3.1 C-WSF校正算法4.3.2 仿真实验及结果分析4.4 本章小结第五章 阵列互耦效应与通道不一致性的联合校正5.1 互耦效应简化模型5.2 互耦误差自校正方法5.2.1 子空间互耦校正算法5.2.2 关于模糊估计的分析5.2.3 仿真实验及结果分析5.3 适用范围较广的阵列互耦及通道不一致联合校正算法∞滤波方法'>5.3.1 H∞滤波方法5.3.2 H-迭代阵列误差联合自校正方法5.3.3 仿真实验及结果分析5.4 本章小结第六章 宽带信号的稳健OOA估计6.1 宽带信号及阵列误差模型6.1.1 宽带信号定义及采样6.1.2 宽带信号阵列模型6.1.3 宽带阵列误差模型6.2 基于方向矢量测量的宽带稳健测向算法6.2.1 频率聚焦宽带测向技术6.2.2 MNT稳健宽带测向算法6.2.3 仿真实验及结果分析6.3 基于信号分离的宽带稳健测向算法6.3.1 CD-WRELAX宽带测向算法6.3.2 记忆与遗忘特征6.3.3 信号分离内在机理6.3.4 算法对阵列模型误差稳健的原理6.3.5 仿真实验及结果分析6.4 本章小结第七章 结束语致谢参考文献作者在学期间取得的学术成果作者在学期间参加的科研任务
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