论文题目: 雷达信号到达角及相关参数估计研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 通信与信息系统
作者: 汤建龙
导师: 杨绍全
关键词: 到达角估计,电子对抗,数字接收机,阵列信号处理,相位提取,时频分布增强,分布,时频干涉仪,空间聚焦,修正空间时频分布矩阵,通道误差
文献来源: 西安电子科技大学
发表年度: 2005
论文摘要: 传统电子对抗侦察设备中，对雷达信号频率、到达角(DOA)测量采用的是两套独立的模拟处理硬件系统，设备复杂、处理方法单一。数字接收机技术以及阵列信号处理技术的发展，使得侦察设备测频、测向系统一体化成为可能。侦察接收系统一体化能使设备简单；而数字化处理方式可灵活运用各种处理算法，从而更有效的利用信号中包含的信息。 本论文的目的是研究对雷达信号的时、频、空三维侦察处理算法，为时频空三维侦察的工程应用作理论探索。论文内容将涉及以下几个方面： 1．基于相位提取的信号参数联合估计研究：在大信噪比下，接收机输出的加性复白噪声可等效为信号的相位实噪声。而信号的相位信息包含了信号所有的频率信息；同时，信号的到达角信息也反映在空间两个阵元接收信号的相位差上；因此，通过采用两个阵元接收信号，直接提取阵元输出的相位以及阵元输出间的相位差，可实现对信号频率—DOA的联合估计。算法直接在时域处理，处理过程简单，实时性好；考虑雷达信号环境下同时到达信号发生概率小的实际，算法在电子侦察设备中具有一定的工程可实现性。 2．时频分布增强处理研究：在低信噪比下，对信号频率参数的估计还需借助傅立叶变换、时频分析等工具。Wigner—Ville分布(WVD)作为信号的时频分布具有许多非常好的性质，如良好的时频聚焦性等。在噪声环境下，由于信号能量集中在信号的瞬时频率附近，而噪声能量平均分布在整个噪声通带内，因此，WVD能从噪声中提取信号的时频特征；但在低信噪比下，时频特征不明显，有必要作增强处理。侦察接收机一体化后，可充分利用信号由多个阵元接收的特点，考虑到阵元之间噪声相关性较差，提出了利用阵列输出XWVD幅值作为信号时频分布的增强处理方法，它能有效抑制噪声：在对称阵列下，利用多组对称阵子输出的XWVD进行数学平均可进一步实现时频分布增强。(频率起点与参考点信号会有所不同，可根据进一步的DOA估计作调整)。 3．基于时频分析的时频—DOA联合估计算法研究：分析表明，对于宽带信号，通过对阵元输出信号求互Wigner—Ville分布(XWVD)，在各个时刻XWVD的幅值最大点上，其相位是该点对应的频率与信号到达两阵元的时延的乘积。基于此，可将传统干涉仪测向算法从时域延拓至时频域处理，即时频干涉仪。采用时频干涉仪处理，在计算XWVD时，其各个时刻幅值最大值反映了信号的频率的变化规律，因此，时频干涉仪可实现信号的时频—DOA联合估计。时频干涉仪处理需要的阵元数少，计算量相对较小，工程实现性较好；但和传统干涉仪类西女电了科技人学博卜论文:雷达信号到达角及相关参数估计研究似，时频干涉仪仍存在测角精度与测角范围的矛盾，而多基线的方式只能缓和二者的矛盾，无法解决如基线附近到达信号DOA无法测量的问题。在宽带阵列信号处理中，聚焦的思想是希望通过变换将信号的宽带特性变换为窄带特性，从而就可应用窄带阵列处理算法。遗憾的是，在构造其聚焦矩阵时需预先知道信号频率、DOA等信息，而这又正是我们所需要估计的。为此，我们通过阵列设计，利J月阵列的对称结构和信号的双线性时频分布将信号聚焦至信号的瞬时频率上，则通过阵列平均可首先获得增强的信号时频分布，再提取信号时频脊点的频率和相位可实现宽带信号DOA估计，从而实现宽带信号的时频一DOA联合估计，这就是空间聚焦算法的思想。但采用空间聚焦，阵列结构必须具有一定的对称结构，对一于任意阵列结构无能为力。为此，提出了空间时频分布(STFD)矩阵的概念以实现任意阵列结构下的信号参数估计。直接构造的STFD矩阵只能适用于窄带信号，对于宽带信号，在构造STFD矩阵时，不能使所有元素在同一时频点上构造，而选择的是对应阵元输出XWVD时频脊点的值，从而得到修正STFD矩阵。采用修正STFD矩阵进行DOA估计，可应用于任意带宽的Chi印信号，对于其它的连续相位信号也具有一定的适应性。 4.通道误差的影响:考虑到工程应用，有必要考虑阵列通道误差的影响。文中主要针对阵列各阵元通道幅相不一致展开了讨论。根据宽带接收机接收信号的特点，建立了基于通道增益一群时延的通道误差模型，很容易证明，传统窄带阵列信号下的通道幅相误差模型只是一该模型的特例。在该数学模型上，我们分析了时频!几涉仪、空间聚焦以及修正STFD矩阵算法的适应性。分析表明，对称阵列平均的时频分布增强处理、DOA估计对通道增益误差具有稳健性;而通道群时延误差的存在使得采用对称阵列平均实现时频分布增强出现了困难;同时将直接导致DOA估计错误。对于均匀直线阵列，利用相关矩阵或STFD矩阵的Hermitian ToePlitz结构，可在一定程度上实现阵列的无源校正。 5.对机动辐射源的DOA估计:在现代电子战中，经常要对机动辐射源进行航迹跟踪，其前提是对其定位。而定位可采用辐射源DOA与其它信息如距离信息实现。为此，有必要研究对机动辐射源的DOA估计问题。文中简单探讨了前述基于时频分析的DOA算法对机动辐射源DOA估计的适用性问题。分析表明，在DOA变化较缓慢时，仍可采用时频干涉仪等DOA估计算法。 关键词:到达角估计，电子对抗，
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
§1．1 研究的提出
§1．2 频率估计和时频分析
§1．3 到达角估计
§1．4 所做主要工作及论文安排
第二章 基于相位提取的信号参数联合估计
§2．1 概述
§2．2 单频信号的参数估计
§2．3 Chirp信号的参数估计
§2．4 本章小结及相关讨论
第三章 时频干涉仪
§3．1 概述
§3．2 相位干涉仪
§3．3 时频干涉仪测向
§3．4 多基线时频干涉仪的阵列设计
§3．5 仿真实验
§3．6 本章小结
§附录3A 公式(3-7)的推导
§附录3B 公式(3-19)的推导
§附录3C 公式(3-35)的推导
第四章 基于空间聚焦的时频—到达角联合估计
§4．1 概述
§4．2 阵列信号处理的信号模型
§4．3 空间聚焦的原理
§4．4 阵列设计
§4．5 多信号的交叉项分析
§4．6 本章小结
第五章 基于STFD矩阵的时频—到达角联合估计
§5．1 概述
§5．2 空间时频分布矩阵
§5．3 近似STFD矩阵
§5．4 修正STFD矩阵
§5．5 修正STFD—MUSIC
§5．6 修正STFD—ESPRIT
§5．7 本章小结
§附录5A 引理1的证明
第六章 通道误差的影响
§6．1 概述
§6．2 通道误差模型
§6．3 通道误差对时频干涉仪算法的影响和校正
§6．4 通道误差对空间聚焦算法的影响和校正
§6．5 通道误差对修正STFD矩阵的影响和校正
§6．6 本章小结
第七章 对机动辐射源的DOA估计
§7．1 概述
§7．2 基于时频分布的机动辐射源DOA估计
§7．3 关于算法的一些讨论
§7．4 本章小结
结束语
致谢
参考文献
作者在攻读博士学位期间的研究成果
发布时间: 2005-04-26
参考文献
- [1].阵列信号二维到达角估计算法理论及其应用研究[D]. 彭巧乐.哈尔滨工程大学2009
- [2].宽带信号阵列高分辨到达角估计技术研究[D]. 于红旗.国防科学技术大学2007
- [3].非均匀采样下超分辨DOA估计研究[D]. 李安.华中科技大学2011
- [4].无线传感器网络定位与跟踪技术研究[D]. 周亮.电子科技大学2014
- [5].阵列信号多参量联合估计技术研究[D]. 王建英.电子科技大学2000
- [6].认知无线电中基于空间谱的频谱感知技术研究[D]. 刘畅.大连理工大学2017
- [7].调频调相雷达信号多参量估计方法研究[D]. 殷吉昊.电子科技大学2007
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