阵列测向误差分析及校正技术的研究

论文摘要

阵列信号处理作为一个重要的空域处理手段发展的极为迅速,其应用涉及电子侦察、雷达、通信、声纳、地震、射电天文等众多领域。由于现有的大多数阵列信号的处理方法都需要知道关于阵列流型的精确信息,它们的性能会受到阵列误差(例如阵列幅相不一致性,阵元位置偏差等)的严重影响甚至导致失效。因此,误差校正方面的研究始终是一个热点问题。本文针对上述问题,分析了误差影响,研究和比较了两种阵列误差校正算法,主要研究内容如下：首先对阵列测向系统建立数学模型,分析了幅相误差和位置误差对阵列测向系统精度的影响。同时,对比了常规波束形成和高分辨算法受误差影响的差异。分析了信噪比对测向精度的影响。另外,对于近场条件下的声传播球面波模型,分析了其与远场条件的差异和误差导致的测向精度的变化情况。其次,研究了基于单辅助源的校正方法,包括两种方法。一种是利用协方差特征分解的方法进行校正,可以得到较准确的阵列流型。但是因为协方差特征分解运算量较大,所以研究了另一种基于PM算法的校正方法。该方法可以有效避免求协方差矩阵带来的很大的计算量,简化了校正方法,有利于实时运算。最后,在实验中利用驻极体麦克风搭建4元接收阵列来接收信号。利用计算机双声卡进行4通道数据采集。通过处理实验数据验证了以上两种校正方法的可行性。本文研究了阵列误差对目标测向精度的影响,分析对比了两种校正方法。结果表明采用基于PM算法的校正方法,可以有效的避免在求协方差矩阵带来的较大的计算量,简化了校正方法,有利于实时运算,是一种适合于快速计算以及硬件实现的方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的目的与意义
• 1.2 阵列校正技术国内外研究现状
• 1.3 本文主要研究的内容和安排
• 第2章 阵列测向系统与误差模型建立
• 2.1 概述
• 2.2 阵列测向系统模型
• 2.2.1 阵列测向系统的物理模型
• 2.2.2 阵列测向系统的数学模型
• 2.3 阵列误差及建模
• 2.3.1 通道不一致性
• 2.3.2 阵元位置误差
• 2.3.3 阵元互耦误差
• 2.4 阵列误差对DOA估计的影响
• 2.4.1 常规波束形成
• 2.4.2 基于线阵的MUSIC波束形成算法
• 2.4.3 阵列误差对远场波束形成的影响
• 2.4.4 阵列误差对近场波束形成的影响
• 2.5 本章小结
• 第3章 阵列误差校正方法的研究
• 3.1 概述
• 3.2 单辅助源通道幅相误差校正方法
• 3.2.1 算法原理
• 3.2.2 仿真实验
• 3.3 基于PM算法的有源校正方法
• 3.3.1 PM算法
• 3.3.2 仿真实验
• 3.4 通道幅相误差和阵元位置误差的分离
• 3.5 球面波补偿
• 3.6 本章小结
• 第4章 实验与数据处理
• 4.1 实验概述
• 4.1.1 实验布局
• 4.1.2 麦克风放大电路设计
• 4.2 实验数据处理及分析
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
• 致谢