稀疏陣DOA估計及模糊特性研究.pdf

1、DOA(direction of arrivals)估計是陣列信號處理的一個重要研究領(lǐng)域。和具有相同數(shù)目的常規(guī)陣列相比，稀疏陣具有更大的陣列孔徑和高的空間分辨率等優(yōu)點，但是稀疏陣會產(chǎn)生模糊角。
　　本論文正是針對上述問題，作了創(chuàng)新性和探索性的研究，主要內(nèi)容有：
　　1、提出了一種虛擬陣估計 DOA算法。一方面，對陣列接收數(shù)據(jù)進行組合運算得到被稱為“虛擬陣”的協(xié)方差矩陣；另一方面，假設(shè)存在一組DOA，則利用該組DOA估計信源協(xié)

2、方差，并計算虛擬陣的對應(yīng)于該組DOA的數(shù)據(jù)協(xié)方差，最后分別把這兩個協(xié)方差映射為兩個矢量，并把這兩個矢量的夾角余弦做為估計函數(shù)，采用遺傳算法對該函數(shù)進行全局優(yōu)化。理論分析和仿真表明該算法具有較高的估計精度，無論信源是否相干，或者陣列是均勻陣或稀疏陣，該算法都表現(xiàn)出良好的性能。
　　2、提出了一種改進的虛擬陣估計 DOA算法。改進的算法把多維全局優(yōu)化轉(zhuǎn)化為多個一維全局優(yōu)化，大大減少了虛擬陣估計算法的計算量。并且考慮了虛擬陣估計算法和擬

3、 Newton算法結(jié)合的問題，即把虛擬陣估計結(jié)果做為初值，用擬Newton算法對虛擬陣估計函數(shù)做最后一次優(yōu)化，則可以進一步提高該類算法的估計精度。
　　3、提出了一種基于MUSIC(Multiple Signal Classification)的消除稀疏陣模糊角算法。該算法由兩步組成，首先用MUSIC法估計出所有DOA值，即虛假的DOA值和真實的 DOA值，然后把所有估計 DOA值帶入一個代價函數(shù)并用擬 Newton算法或粒子群交

4、換(PSO)算法估計相應(yīng)的功率。和真實信號的功率相比，虛假信號的功率很小甚至趨近于0。由此很容易把虛假DOA和真實DOA區(qū)分開。理論分析證明了這種方法是可行的，仿真證明了這種方法是有效的。
　　4、提出了一種用介質(zhì)基片法消除稀疏陣模糊角的思想。稀疏陣模糊角的方向矢量是部分或全部真實DOA方向矢量的線性組合，這種線性關(guān)系造成了稀疏陣的模糊特性。當在陣列的部分陣元前端放置一些參數(shù)彼此不同的介質(zhì)基片時，加有介質(zhì)片陣元的等效位置會隨入射角

5、的不同而變化，而這種等效位置的變化等價于在原來的方向矢量的相應(yīng)分量上引入了相位因子，該相位因子破壞了原來方向矢量之間的線性關(guān)系，因此虛假信號的MUSIC譜峰將會消失或者與原來的位置不再重疊。本文考察了兩種形式的介質(zhì)基片：平板和半球形。理論分析和仿真表明：該算法不僅能消除復(fù)雜模糊特性，而且也能消除模糊角度位于??0?,180?的一般模糊特性。
　　5、本文分析了加有介質(zhì)基片的稀疏陣的模糊特性，并且證明了當在部分陣元或全部陣元前添加不