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

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

2、FM信號(hào)DOA估計(jì)能量聚集算法<'[49-50]>，利用LFM信號(hào)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(cè)信號(hào)時(shí)不變的方向矩陣，進(jìn)而在相應(yīng)的FRF域由從傳統(tǒng)的MUSIC算法估計(jì)出信號(hào)的方向。但是，該算法不適用于處理具有相似時(shí)頻分布的相關(guān)LFM信號(hào)，在產(chǎn)生能量聚集的FRF域，運(yùn)用前后項(xiàng)空間平滑技術(shù)，提出了一種基于FRFT的相關(guān)LFM信號(hào)DOA估計(jì)算法。對(duì)算法進(jìn)行了理論推導(dǎo)和仿真實(shí)驗(yàn)，該算法能夠準(zhǔn)確地估

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

4、此外，本文給出了估計(jì)誤差的理論分析及Cramer-Rao界(CRB)，并為仿真結(jié)果所驗(yàn)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(jià)值。與基于Wigner-Ville分布(WVD)的時(shí)頻空估計(jì)算法相比，該方法無(wú)需矩陣插值和匯聚運(yùn)算，也不需要DOA的初始估計(jì)，在處理多個(gè)信號(hào)源時(shí)，不存在交叉項(xiàng)的干擾，因而，計(jì)算簡(jiǎn)單且估計(jì)精度高。 3．針對(duì)廣泛應(yīng)用于第三代移動(dòng)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(jì)算法。在解線調(diào)的FRF域采用模式激勵(lì)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(shí)現(xiàn)了均勻圓陣的二維DOA估計(jì)。仿真試驗(yàn)驗(yàn)證了算法的有效性，擴(kuò)展了傳統(tǒng)算法的適用范圍，使算法有更廣泛的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 4. 針對(duì)色噪聲模型和近場(chǎng)信號(hào)源模型，對(duì)解線調(diào)算法進(jìn)行了推廣。由FRF域觀測(cè)信號(hào)協(xié)方差矩陣估計(jì)出白化濾波器，并對(duì)觀測(cè)信號(hào)協(xié)方差矩陣進(jìn)行欲白化處理，利用特征分解的方法實(shí)現(xiàn)了色噪聲環(huán)境中的LFM信號(hào)的DOA估計(jì)。