高動態(tài)信號的DOA估計.pdf

1、信號是信息的載荷者、傳送者。自然界和人類社會中信息的傳輸與交換都是通過信號這一物理實體來完成的。自然界里，信號形式多種多樣，普遍存在的一種信號模型是高動態(tài)信號。該信號是寬帶信號在自然界里普遍存在的一種信號形式，廣泛的應(yīng)用于通信、生物醫(yī)學(xué)、雷達(dá)等各種領(lǐng)域中。因此該信號的波達(dá)方向估計以及其他的參數(shù)估計是陣列信號處理中需要解決的共性問題。
　　 二階的動態(tài)信號，即Chirp信號，是常見的線性調(diào)頻(Linear FrequencyMod

2、ulated，LFM)信號。而更高階的動態(tài)信號則是非線性調(diào)頻信號。目前，多種非線性調(diào)頻信號的形式已經(jīng)被人們所提出，主要包括多項式相位信號(PolynomialPhase Signal，PPS)和復(fù)正弦調(diào)頻(Sinusoidal Freqency Modulated，SFM)信號。這些都是寬帶信號的典型的信號模型，隨著該信號的廣泛應(yīng)用，其波達(dá)方向(Direction OfArrival，DOA)估計問題也越來越受到人們的普遍關(guān)注。

3、　　 本文主要針對高動態(tài)信號的參數(shù)估計和波達(dá)方向估計問題進(jìn)行研究，在現(xiàn)有的基本理論和常用方法的基礎(chǔ)上，著重完成以下研究內(nèi)容:
　　 (1)簡單的介紹高動態(tài)信號的幾種信號模型，同時指出本文的研究重點是高動態(tài)信號的處理方法。簡單介紹高動態(tài)信號波達(dá)方向估計涉及的概念、原理與方法及國內(nèi)外的發(fā)展概況。
　　 (2)為了解決高動態(tài)信號處理的問題，也即寬帶信號的問題，本文研究了一種寬帶線性調(diào)頻(LFM)信號的波達(dá)方向(DOA)估計方

4、法。即采用離散多項式變換(DPT)將寬帶的LFM信號變換成窄帶的，經(jīng)過變換后，可將其變換成單個正弦信號和新的噪聲。這樣可將時變的方向向量轉(zhuǎn)換為時不變的方向向量，再采用常規(guī)的窄帶信號處理算法(多重信號分類(Multiple Signal Classification，MUSIC)算法、旋轉(zhuǎn)不變子空間(Estimation of Parameters via Rotational Invariance Techniques，ESPRIT)算

5、法等）對信號進(jìn)行波達(dá)方向估計。理論分析和仿真結(jié)果表明，該方法能夠精確的估計信號的波達(dá)方向;不僅計算量小，易于實現(xiàn)，而且估計性能好。
　　 (3)研究了一種寬帶非線性調(diào)頻信號的DOA估計算法。該方法首先將非線性調(diào)頻(NLFM)信號建模為高階多項式相位信號(PPS)模型，然后通過高階瞬時矩進(jìn)行多項式相位變換，估計出高動態(tài)信號的最高階相位系數(shù)，從而消除該信號模型的最高階項。運(yùn)用這種降階的思想把多項式相位信號變換成線性調(diào)頻信號。在上述一

6、維的基礎(chǔ)上，對信號進(jìn)行波達(dá)方向估計及其他參數(shù)估計。
　　 (4)針對無線電通信領(lǐng)域中經(jīng)常遇到多徑傳輸和反射因素的現(xiàn)象，必須考慮高動態(tài)相干信號源的存在以及寬帶高動態(tài)信號不好處理的問題。研究了一種基于第一類貝塞爾函數(shù)和虛擬陣列相結(jié)合的復(fù)正弦調(diào)頻信號的波達(dá)方向估計方法。即采用第一類貝塞爾函數(shù)將相干的復(fù)正弦調(diào)頻信號分解成一組具有諧波幅度諧波頻率的窄帶信號，經(jīng)過變換后，可將時變的方向向量轉(zhuǎn)化為時不變的方向向量。再用虛擬陣列變換法對相干的窄

7、帶信號進(jìn)行解相干，解決了常規(guī)多重信號分類算法，旋轉(zhuǎn)不變子空間等算法不能估計寬帶信號、相干信號的問題。不僅能更準(zhǔn)確的進(jìn)行DOA估計，而且不損失陣列的孔徑，提高了陣元數(shù)的利用率。仿真實驗證明了該方法的有效性。
　　 (5)針對SFM信號在自然界中廣泛存在，但是這方面的研究又相對較少。目前，現(xiàn)有算法還不完善，或受參數(shù)限制或只能估計部分參數(shù)。在上面研究DOA估計的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)用于DOA估計的方法也能用到該信號的其他參數(shù)估計。針對以上問題