基于分?jǐn)?shù)階Fourier變換的LFM類信號DOA估計算法研究.pdf

1、非平穩(wěn)線性調(diào)頻(LFM)類信號的波達方向(：DOA)估計是現(xiàn)代陣列信號處理領(lǐng)域的一個研究重點，該技術(shù)在雷達、聲納、通信等信號處理領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用。作為一種新型的時頻分析工具，分?jǐn)?shù)階Fourier變換(FRFT)在分析和處理LFM類信號時具有很多其他時頻分析方法不具備的優(yōu)良特性?；诖?，本文將FRFT和陣列信號處理相結(jié)合，對LFM類信號的DOA估計進行了深入的研究，主要的工作和創(chuàng)新有以下幾個方面： 1．分析了基于FRFT的L

2、FM信號DOA估計能量聚集算法<'[49-50]>，利用LFM信號在適當(dāng)?shù)姆謹(jǐn)?shù)階Fourier(FRF)域呈現(xiàn)能量聚集的特性，給出了FRF域觀測信號時不變的方向矩陣，進而在相應(yīng)的FRF域由從傳統(tǒng)的MUSIC算法估計出信號的方向。但是，該算法不適用于處理具有相似時頻分布的相關(guān)LFM信號，在產(chǎn)生能量聚集的FRF域，運用前后項空間平滑技術(shù)，提出了一種基于FRFT的相關(guān)LFM信號DOA估計算法。對算法進行了理論推導(dǎo)和仿真實驗，該算法能夠準(zhǔn)確地估

3、計出相關(guān)LFM信號的波達方向，在處理多個信號源時，不存在交叉項的干擾。結(jié)合傳統(tǒng)的矩陣算法，能量聚集算法可以實現(xiàn)了對位于立體空間的二維DOA估計，使其更符合實際應(yīng)用情況，仿真實例驗證了算法的有效性。 2．提出了一種基于FRFT的LFM信號DOA估計解線調(diào)算法。該算法主要利用LFM信號在適當(dāng)?shù)腇RF域可以被解線調(diào)為平穩(wěn)單頻信號的特性，給出了該FRF域信號的時不變的方向向量，在相應(yīng)的FRF域由傳統(tǒng)的MUSIC算法估計出信號的來波方向。

4、此外，本文給出了估計誤差的理論分析及Cramer-Rao界(CRB)，并為仿真結(jié)果所驗證，使得這一方法在理論上更加趨于完善，更具有工程應(yīng)用的價值。與基于Wigner-Ville分布(WVD)的時頻空估計算法相比，該方法無需矩陣插值和匯聚運算，也不需要DOA的初始估計，在處理多個信號源時，不存在交叉項的干擾，因而，計算簡單且估計精度高。 3．針對廣泛應(yīng)用于第三代移動通信系統(tǒng)中的均勻圓陣，結(jié)合解線調(diào)算法，提出了一種基于FRFT的均勻

5、圓陣DOA估計算法。在解線調(diào)的FRF域采用模式激勵法，把模式空間的均勻圓陣轉(zhuǎn)化為均勻線陣，結(jié)合傳統(tǒng)的搜索算法，從而實現(xiàn)了均勻圓陣的二維DOA估計。仿真試驗驗證了算法的有效性，擴展了傳統(tǒng)算法的適用范圍，使算法有更廣泛的實際應(yīng)用價值。 4. 針對色噪聲模型和近場信號源模型，對解線調(diào)算法進行了推廣。由FRF域觀測信號協(xié)方差矩陣估計出白化濾波器，并對觀測信號協(xié)方差矩陣進行欲白化處理，利用特征分解的方法實現(xiàn)了色噪聲環(huán)境中的LFM信號的DOA估計。