不同阵型下DOA估计算法和阵元缺损时阵列性能的研究

论文摘要

阵列信号处理技术是信号处理领域一个重要分支,在众多应用领域中成为核心技术及主要发展方向,如雷达领域中的相控阵技术、通信领域中的智能天线技术以及电子对抗领域中的超分辨测向技术等。其中超分辨阵列测向算法是阵列信号处理领域究的热点问题,主要解决空间信号的高精度角度估计问题。因此,本文结合“十一五”预研项目,主要研究不同阵型下的空间信号角度估计和阵元缺损时阵列性能的问题。首先,针对均匀直线阵列,研究了一种基于DFT的最小范数方法。由于经典的MUSIC方法需要对阵列数据进行特征分解和谱峰搜索,因此算法计算量较大。使用DFT变换矩阵与阵列协方差数据相乘来代替特征分解过程,同时利用最小范数的方法修正噪声子空间或者信号子空间的基,使阵列流型空间与噪声子空间具有更好的正交性。这样,与经典MUSIC算法相比,减小了算法计算量,同时精度也得到了保证。其次,针对均匀圆形阵列,研究了一种基于ESPRIT的快速DOA算法,并与模式空间下的ESPRIT算法进行了性能对比。圆阵MUSIC算法需要对俯仰角和方位角二维角度空间扫描,计算量巨大；模式空间下的ESPRIT算法是一种闭式算法,计算量小,但是精度没有圆阵MUSIC算法高；而基于ESPRIT的快速DOA算法,首先通过ESPRIT算法完成算法粗估计,再通过MUSIC算法局部搜索得到最终估计结果。这样,基于ESPRIT的快速DOA算法保证了估计精度,同时有效的降低了算法计算量。最后,研究了在实际应用中,阵列阵元出现缺损对不同阵列的阵列方向图造成的影响。如果是均匀线阵,当缺损阵元位于不同位置时,对阵列的影响是不同的,等效于阵列的阵列阵型发生了变化；同理分析了均匀圆阵的不同位置阵元缺损对阵列的产生的影响。显然,由于圆阵的中心对称特性,圆阵阵列的抗毁性优于线性阵列。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 空间谱估计的国内外研究现状
• 1.3 论文的主要工作及内容安排
• 第2章 空间谱估计基础
• 2.1 阵列信号模型
• 2.1.1 均匀线阵信号模型
• 2.1.2 均匀圆阵信号模型
• 2.2 经典子空间分解算法
• 2.2.1 MUSIC算法
• 2.2.2 ESPRIT算法
• 2.3 本章小结
• 第3章 不同阵型的空间谱估计快速算法
• 3.1 引言
• 3.2 一种无需特征分解的ULA空间谱估计方法
• 3.2.1 最小范数法
• 3.2.2 基于DFT的最小范数法
• 3.2.3 软件仿真及性能分析
• 3.3 一种基于UCA的快速空间谱估计算法
• 3.3.1 模式空间下的ESPRIT算法
• 3.3.2 基于ESPRIT的圆阵快速算法
• 3.3.3 软件仿真结果与性能分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 阵元缺损对阵列方向图的影响
• 4.1 引言
• 4.2 阵元缺损对均匀线阵情况的影响
• 4.3 阵元缺损对均匀圆阵情况的影响
• 4.4 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