非圆信号测向算法研究与DSP实现

论文摘要

空间谱估计测向是阵列信号处理的一个重要分支,广泛应用于通信、勘探、天文等领域。近年来利用信号的统计特性来改善空间谱估计测向的性能受到了越来越多的关注。例如,现代通信系统中广泛使用的BPSK,MASK, AM和PAM等调制信号,因信号不同相位旋转后得到的统计特性不同,故被称为非圆信号。在测向中,利用这类信号椭圆协方差非零的特性,能够处理的信号个数大于阵元个数,并且测向性能有所提高。本文针对非圆信号的测向技术展开研究,主要内容如下：1.研究了非圆信号个数估计的相关算法。首先对高斯白噪声下的非圆信号个数估计算法进行了研究,结合信号非圆特性,推导出非圆信号个数估计中的罚函数。仿真验证了该类算法能够提高估计的成功概率。然后对色噪声下的个数估计算法进行了研究,给出两种改进的非圆信号个数估计算法（NC-KIC、NC-CMDL算法）。仿真验证了NC-KIC算法在低信噪比、小快拍数等方面性能较好,而NC-CMDL算法复杂度低,阵列扩展性较好。最后介绍了一种非圆信号与圆信号同时入射天线阵时信号个数的估计方法。2.研究了基于MUSIC算法和ESPRIT算法的非圆信号一维测向算法。首先对非圆MUSIC（NC-MUSIC）算法进行了介绍,并引入欧拉公式将算法的数据运算从复数域变换到实数域,运算量有所下降。仿真验证了该类算法能够突破阵列自由度,并且测向性能有所提高,引入欧拉公式降低算法复杂度的同时测向性能保持不变。然后对非圆ESPRIT算法进行了介绍,并引入酉变换同样将算法的数据运算由复数域变换到实数域。仿真表明两种算法能够估计的信号个数大于阵元个数,并且能够提高测向性能,引入酉变换降低算法复杂度的同时测向性能保持不变。3.研究了非圆信号二维测向算法。基于双平行线阵,首先介绍了一种二维ESPRIT（2D-ESPRIT）测向算法,然后对基于信号非圆特性的二维测向算法（2D-NC-ERARE）进行了介绍。仿真验证了基于非圆特性的测向算法能够处理的信号数远大于阵元个数,并且不需要参数配对,仅需要一维谱峰搜索,测向性能较好。4.研究了非圆信号与圆信号同时入射天线阵时的测向算法。针对该情况,首先对基于MUSIC算法的非圆信号与圆信号测向算法（NCAC-MUSIC）进行了介绍,然后引入传播算子方法对该算法进行改进（MNCAC-MUSIC算法）。仿真验证了该改进算法与原算法性能基本一致的同时,算法复杂度较低。5.在ADSP TS201上对低复杂度非圆信号与圆信号同时入射的测向算法（MNCAC-MUSIC算法）进行了编程实现。通过一系列措施对程序进行优化,并给出了运算过程和运行结果。

论文目录

• 目录
• 表目录
• 图目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景与意义
• 1.2 研究的历史与现状
• 1.2.1 空间谱估计的发展及现状
• 1.2.2 非圆信号测向算法的发展及现状
• 1.3 本文的主要工作
• 1.4 本文采用的标记符号
• 第二章 空间谱估计相关理论
• 2.1 引言
• 2.2 空间谱估计系统介绍及数学模型
• 2.2.1 空间谱估计系统结构介绍
• 2.2.2 阵列信号数学模型
• 2.3 MUSIC测向算法和ESPRIT测向算法介绍
• 2.3.1 MUSIC测向算法
• 2.3.2 ESPRIT测向算法
• 2.3.3 算法仿真
• 2.4 非圆信号数学定义介绍及在测向中的应用
• 2.4.1 非圆信号数学定义与性质
• 2.4.2 测向中的非圆信号
• 2.5 本章小结
• 第三章 非圆信号个数估计算法
• 3.1 引言
• 3.2 高斯白噪声下的非圆信号个数估计算法
• 3.2.1 传统算法介绍
• 3.2.2 非圆信号个数估计算法
• 3.2.3 算法仿真
• 3.3 色噪声下的非圆信号个数估计算法
• 3.3.1 传统算法介绍
• 3.3.2 色噪声下非圆信号个数估计算法
• 3.3.3 算法仿真
• 3.4 非圆信号与圆信号同时入射情况下的信号个数估计算法
• 3.5 本章小结
• 第四章 非圆信号测向算法
• 4.1 引言
• 4.2 基于MUSIC算法的非圆信号测向算法
• 4.2.1 非圆MUSIC算法（NC-MUSIC）
• 4.2.2 Euler NC-MUSIC算法
• 4.2.3 算法仿真
• 4.3 基于ESPRIT算法的非圆信号测向算法
• 4.3.1 非圆ESPRIT算法（NC-ESPRIT）
• 4.3.2 Unitary NC-ESPRIT算法
• 4.3.3 算法仿真
• 4.4 非圆信号二维测向算法
• 4.4.1 二维ESPRIT算法
• 4.4.2 二维非圆信号测向算法
• 4.4.3 算法仿真
• 4.5 非圆信号与圆信号同时入射情况下的测向算法
• 4.5.1 NCAC-MUSIC算法
• 4.5.2 MNCAC-MUSIC算法
• 4.5.3 算法仿真
• 4.6 本章小结
• 第五章 算法DSP实现
• 5.1 引言
• 5.2 DSP芯片介绍
• 5.3 基于传播算子的非圆与圆信号同时入射测向算法实现
• 5.3.1 算法实现的优化
• 5.3.2 数据测试
• 5.4 本章小结
• 结束语
• 参考文献
• 附录A 两种空间角度定义的关系
• 作者简历 攻读硕士期间完成的主要工作
• 致谢