陣列信號處理中的自校正技術(shù).pdf

1、陣列信號處理作為現(xiàn)代信號處理的一個(gè)重要分支，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、聲納、通信、地震勘探等多個(gè)領(lǐng)域。由于現(xiàn)有的大多數(shù)陣列信號的處理方法都需要精確的知道關(guān)于陣列流形的信息，它們的性能會(huì)受到各種陣列誤差(例如陣元間互耦等)的嚴(yán)重影響甚至失效。因此，一大批研究工作者致力于陣列誤差校正這個(gè)領(lǐng)域的研究并提出了很多的校正方法。但是，目前在該領(lǐng)域仍然存在很多問題尚未解決。由于很多環(huán)境下我們不方便放置校正源進(jìn)行校正，而且陣列的誤差也可能會(huì)隨著周圍環(huán)境的改

2、變而發(fā)生改變，因此在本文中，我們主要針對存在陣元間互耦條件下的無源自校正算法展開研究。本文通過對互耦模型的研究，提出了幾種有效的自校正測向算法，主要工作可以概括如下： 首先，我們詳細(xì)分析了陣元間的互耦對均勻線陣的影響，發(fā)現(xiàn)在極小概率的情況下會(huì)有盲角出現(xiàn)的可能。由于盲角帶來的不利影響，我們在設(shè)計(jì)陣列的時(shí)候就應(yīng)該盡量避免。在現(xiàn)有的均勻線陣的互耦模型的基礎(chǔ)上，我們證明在陣列兩端設(shè)置一定數(shù)量的輔助陣元后，MUSIC(multiple s

3、ignal classification)和ESPRIT(estimation of signal parameters via rotation invariance techniques)等基于子空間理論的方法可以直接應(yīng)用而基本不受到互耦的影響。在得到波達(dá)方向(DOA：direction of arrival)的初步估計(jì)值后，我們可以利用包括輔助陣元在內(nèi)的全部陣元的輸出信號來估計(jì)互耦系數(shù)。而后還可以利用這些互耦系數(shù)的估計(jì)值來對DOA

4、進(jìn)行精估計(jì)以進(jìn)一步提高估計(jì)的精度。輔助陣元的方法還可以推廣到波束形成方面。利用輔助陣元不但可以有效降低標(biāo)準(zhǔn)的Capon波束形成方法對互耦的敏感性，而且還可以與其他的穩(wěn)健波束形成方法聯(lián)合使用來進(jìn)一步提高性能。色噪聲背景下，同樣可以利用輔助陣元和四階累積量(FOC： fourth-order cumulants)來消除互耦的影響并精確估計(jì)出信號DOA。 其次，我們研究了均勻矩形陣列下的互耦模型。由于均勻矩形陣列在各個(gè)方向上都具有和均

5、勻線陣類似的幾何結(jié)構(gòu)，我們將輔助陣元的方法拓展到均勻矩形陣列和二維DOA估計(jì)的情況，并證明通過將均勻矩形陣列邊緣上的那些陣元設(shè)置為輔助陣元，二維MUSIC算法可以不受互耦的影響，其估計(jì)性能會(huì)有明顯的提升。同時(shí)，由于二維空間譜搜索的計(jì)算量太過龐大，為了減少其計(jì)算量，我們給出一種二次掃描的方法，該方法可以明顯縮短二維空間譜搜索的計(jì)算時(shí)間。和均勻線陣的情況類似，在得到二維DOA的估計(jì)之后也可以用來對互耦系數(shù)進(jìn)行估計(jì)。為了衡量算法的整體性能，我

6、們還給出了一般的平面陣列在未知互耦的條件下二維DOA估計(jì)和互耦估計(jì)的均方誤差理論下界的顯式表達(dá)式。通過該下界，我們可以很好的衡量在這種情況下算法的統(tǒng)計(jì)性能。 最后，我們以六邊形為例，介紹了兩種平面陣列下的二維自校正測向算法。其中一種算法可以應(yīng)用于任意的平面陣列，但是其計(jì)算量較大；而另一種算法計(jì)算量較小，估計(jì)精度也較高，但是只能應(yīng)用于幾何結(jié)構(gòu)具有一定線性的陣列。盡管如此，即使互耦模型失配的情況下，它們?nèi)匀豢梢悦黠@提高DOA的估計(jì)精