寬帶信號(hào)波達(dá)方向估計(jì)方法研究.pdf

1、波達(dá)方向(DirectionofArrival,DOA)是信號(hào)最重要的空域參數(shù),其估計(jì)方法是陣列信號(hào)處理中兩大研究熱點(diǎn)之一。經(jīng)過30多年的發(fā)展,DOA估計(jì)理論和技術(shù)已經(jīng)成為陣列信號(hào)處理學(xué)科發(fā)展的主要方面,其應(yīng)用涉及到雷達(dá)、聲納、勘探、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中。隨著信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展,基于窄帶陣列信號(hào)的高分辨算法已經(jīng)比較成熟,窄帶陣列探測(cè)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于軍事及民用領(lǐng)域。與窄帶信號(hào)相比,利用寬帶信號(hào)可以獲取較大的信息量,有利于目標(biāo)信號(hào)檢測(cè)、參數(shù)估計(jì)

2、和特征提取,在有源探測(cè)和無源探測(cè)系統(tǒng)中有更重要的應(yīng)用。因此,研究寬帶信號(hào)的DOA估計(jì)方法具有重要的意義。
　　本文以經(jīng)典的空間譜估計(jì)理論(主要涉及最大似然理論、信號(hào)子空間理論、循環(huán)平穩(wěn)特性、陣列誤差校正等)為基礎(chǔ),分析了一些常規(guī)寬帶測(cè)向算法的測(cè)向原理和性能。在此基礎(chǔ)上,對(duì)寬帶信號(hào)源的DOA估計(jì)算法進(jìn)行了深入研究,提出了改進(jìn)的新算法,并對(duì)新提出的算法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)仿真和對(duì)比分析。
　　首先,研究了基于最大似然估計(jì)的測(cè)向方法。將窄帶

3、信號(hào)最大似然估計(jì)器推廣到寬帶信號(hào)最大似然估計(jì)器,針對(duì)常規(guī)算法大都是以均勻分布的高斯白噪聲為背景的情況,給出了一種基于非均勻系統(tǒng)噪聲的確定性最大似然估計(jì)方法,解決了常規(guī)算法無法求得最優(yōu)閉式解的問題,且在計(jì)算上減少了搜索的維數(shù)和迭代次數(shù),性能優(yōu)于傳統(tǒng)的確定性最大似然估計(jì)算法和隨機(jī)性最大似然估計(jì)算法。
　　其次,研究了基于信號(hào)子空間的寬帶信號(hào)DOA估計(jì)方法。通過深入分析酉聚焦矩陣的相干信號(hào)子空間類算法的原理和實(shí)質(zhì),針對(duì)相干信號(hào)子空間類算

4、法需要角度預(yù)估計(jì)問題,利用不同頻率和聚焦頻率下的輸出信號(hào)協(xié)方差的特征分解運(yùn)算,提出一種新的聚焦方法。該方法不需要進(jìn)行方位角度預(yù)估計(jì),且去相關(guān)運(yùn)算簡單,可以處理相干寬帶信號(hào)源的DOA估計(jì)問題。通過實(shí)驗(yàn)仿真和與其他常規(guī)算法的比較,驗(yàn)證了該算法的估計(jì)性能。
　　再次,研究了基于循環(huán)平穩(wěn)特性的寬帶信號(hào)DOA估計(jì)方法,結(jié)合信號(hào)的循環(huán)平穩(wěn)特性和共軛循環(huán)平穩(wěn)特性,采用子空間分解的方法,實(shí)現(xiàn)了寬帶信號(hào)的DOA估計(jì)。該方法同時(shí)利用寬帶信號(hào)循環(huán)平穩(wěn)和

5、共軛循環(huán)平穩(wěn)兩方面信息構(gòu)造擴(kuò)展循環(huán)相關(guān)矩陣,繼承了CyclicMUSIC算法的優(yōu)點(diǎn),并且在處理寬帶信號(hào)源時(shí)不需要估計(jì)最佳延時(shí)時(shí)間。實(shí)驗(yàn)仿真表明,該方法具有良好的寬帶信號(hào)分選識(shí)別能力,能夠抑制大功率干擾信號(hào),估計(jì)性能較好。
　　最后,研究了陣列誤差校正及存在陣列誤差時(shí)的DOA估計(jì)問題,給出了各種誤差(通道幅相誤差、陣元位置誤差和陣元互耦效應(yīng))模型,重點(diǎn)分析了幾種誤差擾動(dòng)的校正技術(shù),并結(jié)合實(shí)例進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),在實(shí)現(xiàn)陣列陣元校正的同時(shí),還