论文摘要
作为阵列信号处理主要研究方向的空间谱估计理论,伴随着诸多新算法的推出,它在雷达、通信和地震勘探等诸多领域的应用日益深入广泛。目前,空间谱估计的理论体系已日趋完善,但对它的研究方兴未艾,仍有许多新的内容亟待研究解决。本文基础理论部分介绍了目前空间谱估计理论中比较成熟的几种算法。通过软件仿真,从多个方面比较了这几种算法的相同点和不同之处。其中MUSIC算法和ESPRIT算法相同点是二者均属于子空间分解类算法,而且都突破了“瑞利限”,实现了信号源来波方向估计的“超分辨”。两种算法的不同之处在于MUSIC算法利用了阵列天线自相关矩阵子空间的正交特性进行方向估计,而ESPRIT算法则是利用自相关矩阵子空间的旋转不变性估计空间信号源的来波方向。针对空间相干信号源的DOA估计问题,本文介绍了一种空间平滑算法,这种算法是以牺牲阵元孔径为代价从而换取阵列天线的解相干性能。另外,本文还介绍了空间谱估计理论在无线通信市场的应用之一,即智能天线技术。结合阵列信号处理原理,本文分析了智能天线增加无线通信信道容量的原理,并简单介绍了一种采用智能天线基站的CDMA系统波束形成算法。不同于阵列天线子空间分解类算法,本文介绍的方法是基于信干燥比准则的自适应算法,相较于子空间类算法它的计算量要小的多,因而更适合于工程应用。本文的核心部分是研究如何提高空间谱估计算法的角度分辨力问题。算法的分辨力作为评估一个算法性能的重要指标,提高它可以拓宽算法的应用领域,使得算法可以适应更加复杂的应用环境。在阵列信号处理中,算法的分辨力与天线的阵列孔径、信噪比以及快拍数等诸多因素有关,本文逐一分析了改善以上参数提高谱分辨力的优缺点,最后得出了一种可行的改进方案。在不增加天线物理成本的条件下,本文引入了一种虚拟孔径扩展方法,大大提高了阵列天线的谱分辨力,同时针对虚拟扩展带来的虚假谱峰,本文采用了“加窗”滤波的方法,可以很好的保留有用信号,同时抑制干扰和噪声,软件仿真验证了本文提出的分辨力提高方法的有效性。