高分辨波束形成及快速算法研究

论文摘要

高分辨阵列信号处理角度估计技术是阵列信号处理中的一个重要分支,它是在波束形成技术和时域谱估计技术的基础上发展起来的新技术,其主要目的是提高角度估计性能和运算速度。波束形成在实际应用中具有十分重要的作用。一个传统波束形成器的基本限制是角度的分辨力依赖于接收阵列的大小。波束宽度正比于工作波长入,反比于接收阵列尺寸。原理上,提高角分辨力可以用减小波长或增大孔径实现,采用高分辨波束形成算法,就可能在波长和阵列孔径一定的情况下,提高角分辨力,从而达到多方面性能的平衡。论文主要研究的是通过几种波束形成算法的研究,找到一种性能较优的算法,并对该算法的实现过程进行深入研究,找出一些可以减少计算量提高运算速度的方法。论文首先研究了常规波束形成算法、DOA估计高分辨算法(MUSIC算法和ESPRIT算法)。从理论分析和计算机仿真两个角度对几种算法及其估计性能进行了探讨。本文重点通过对子空间类算法的仿真结果比较,得出了各算法的优缺点,找出性能较优的算法(MUSIC)。然后,研究MUSIC算法在一个八阵元的均匀圆阵系统上的高速实现问题。论文从高速实现的三个方面入手,解决了减少MUSIC算法计算量和并行化处理(计算速度)的问题,在高分辨波束形成算法实时实现上,作了一些探索和研究,得出了一些有参考价值的结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.2 研究的历史及现状
• 1.3 论文的主要工作和内容安排
• 第2章 空间谱估计基础知识
• 2.1 建立模型
• 2.1.1 信号噪声模型
• 2.1.2 阵列模型
• 2.2 阵列信号处理
• 2.2.1 基本原理
• 2.2.2 阵列的数学模型
• 2.3 阵列协方差矩阵分解
• 2.4 波束宽度与分辨力
• 2.4.1 阵列的波束宽度
• 2.4.2 分辨力
• 2.5 影响估计结果的因素
• 2.6 本章小结
• 第3章 波束形成算法
• 3.1 常规波束形成算法
• 3.1.1 常规的波束形成
• 3.1.2 最小方差波束形成算法
• 3.2 MUSIC算法
• 3.2.1 算法的原理
• 3.2.2 算法的计算机仿真及性能分析
• 3.3 ESPRIT算法
• 3.3.1 算法的原理
• 3.3.2 算法的计算机仿真及性能分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 MUSIC算法的预处理和并行化分解
• 4.1 引言
• 4.2 预处理
• 4.2.1 基本原理
• 4.2.2 计算机仿真及性能分析
• 4.3 MUSIC算法的并行化分解
• 4.3.1 估计协方差矩阵的并行化实现
• 4.3.2 协方差矩阵特征分解的并行化实现
• 4.3.3 谱峰搜索的并行化实现
• 4.4 求解协方差矩阵硬件方案设计考虑
• 4.5 本章小结
• 第5章 快速算法研究
• 5.1 求相关矩阵
• 5.2 并行的雅可比算法
• 5.2.1 2×2的对称SCHUR分解
• 5.2.2 并行雅可比算法
• 5.2.3 环过程
• 5.3 三对角的HOUSEHOLDER方法
• 5.4 算法的计算机仿真及性能分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 个人简历