基于ESPRIT算法的二维DOA估计方法研究

论文摘要

近年来,国内外兴起对新型无源探测系统的研究,同时由于数字信号处理芯片技术的飞速发展,使一些原本计算量大、耗时长的测向算法在工程上的应用成为可能。本课题所要完成的任务就是利用空间非合作辐射源,探索对空间目标进行二维到达角(DOA)估计的实用方法并将其实现。在算法研究方面,在介绍了常规ESPRIT算法的基础上,着重介绍了改进的二维ESPRIT算法和基于四阶累积量处理和空时处理的二维ESPRIT算法,同现有的测向算法相比,在某些性能方面都有了明显的改进。针对相干信号的二维DOA估计问题,本文在改进二维ESPRIT算法的基础上将双向空间平滑技术成功地引入进来,提高了阵元的利用率;同时针对空间平滑技术损失阵列孔径的缺点,提出了一种修正ESPRIT算法,该方法具有一定的解相干能力,并且能改善原ESPRIT算法在复杂信号条件下的测向性能,具有较高的稳健性,易于工程实现。在硬件实现方面,给出了以高速DSP和FPGA为核心的实时测向处理系统设计方案。文中侧重对测向系统的软件设计部分进行了详细的介绍。论文最后对实时测向系统进行了性能测试,验证了系统方案的可行性,可为今后的超分辨测向系统研究提供一些技术参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究动态
• 1.3 超分辨测向技术的发展
• 1.4 本文的主要工作
• 第2 章空间谱估计的理论基础
• 2.1 空间谱估计数学模型
• 2.1.1 通常情况下的数学模型
• 2.1.2 相干信号的数学模型
• 2.2 信源数的估计
• 2.3 本章小结
• 第3章 基于ESPRIT算法发独立源测向
• 3.1 常规二维ESPRIT算法
• 3.1.1 阵列结构及信号模型
• 3.1.2 常规二维ESPRIT算法的原理
• 3.1.3 常规二维ESPRIT算法的仿真分析
• 3.2 改进的二维ESPRIT算法
• 3.2.1 阵列结构和信号模型
• 3.2.2 改进二维ESPRIT算法
• 3.2.3 改进二维ESPRIT算法的仿真分析
• 3.3 基于四阶累积量的二维ESPRIT算法
• 3.3.1 阵列结构和信号模型
• 3.3.2 基于四阶累积量的二维ESPRIT算法原理分析
• 3.3.3 基于四阶累积量的二维ESPRIT算法的仿真分析
• 3.4 基于时空扩展的二维ESPRIT算法
• 3.4.1 空时二维ESPRIT算法的原理分析
• 3.4.2 空时二维ESPRIT算法的仿真分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于ESPRIT算法的相干源测向
• 4.1 空间平滑技术
• 4.2 基于空间平滑技术的二维ESPRIT算法
• 4.2.1 基于空间平滑技术的二维ESPRIT算法的原理
• 4.2.2 基于空间平滑的二维ESPRIT算法的仿真分析
• 4.3 维修ESPRIT算法
• 4.3.1 MESPRIT算法的原理
• 4.3.2 MESPRIT算法的仿真分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 新型无源探测系统的软、硬件实现
• 5.1 概述
• 5.2 实时测向系统的硬件设计
• 5.3 实时测向系统的软件设计
• 5.3.1 模拟信号源程序流程图
• 5.3.2 DSP的主程序流程图
• 5.3.3 维ESPRIT算法测向流程图
• 5.3.4 数据传输模块的流程图
• 5.4 实时测向系统的性能分析
• 5.5 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