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窄带阵列信号处理算法研究

作　者: 陈华
导　师: 王安国
学　校: 天津大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 阵列信号处理空间谱估计四阶累积量 Toeplitz近似去相干波束形成
分类号: TN911.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 2次
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内容摘要

阵列信号处理指的是将以一定形式排列且分布在空间不同位置的若干个传感器组成一个传感器阵列，传感器阵列中的所有阵元感应来自空间中的信号进而对其进行特定的处理，使感兴趣的目标信号得到强化，无用的干扰和噪声信号得到抑制，提取到有用的信号参数。空间谱估计和波束形成作为阵列信号处理的两个基本问题，在地震勘探、无线通信、生物医学成像等诸多方面有着广泛的应用。本论文主要讨论了基于远场窄带信号的若干阵列信号处理算法。首先从最基本的两阵元单信源模型出发，推导出均匀等距线阵、均匀等距十字阵、均匀等距圆阵的接收信号数学模型，并在均匀等距线阵模型基础上，描述了阵列信号处理中最基本的理论算法。其次，针对降维的四阶累积量矩阵因采样快拍数有限而存在估计误差的问题，提出三种结合Toeplitz近似的四阶累积量测向算法。该类算法在保持虚拟阵列有效孔径不变的同时，通过去除原始四阶累积量矩阵中的冗余元素，得到降维的四阶累积量矩阵。接着对降维矩阵进行Toeplitz操作，恢复其Toeplitz结构，再利用MUSIC算法、ESPRIT算法和OPM分别估计到达信号的方向。运用Toeplitz近似法在少阵元数下不仅提高了测向精度，而且不明显增加算法的计算量。最后，提出了一种改进的去相干波束形成算法。该算法通过分析接收阵列数据中协方差矩阵的结构，从而获取其中所包含的需进行平滑操作的所有子阵数据协方差矩阵信息，接着对接收阵列数据协方差矩阵进行处理，构造出前后向子阵数据协方差矩阵，避免了子阵数据协方差矩阵的大量运算，在保证波束形成性能的同时，可灵活地调整子阵长度，有效地降低了计算量。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-13
  1.1 引言  8-9
  1.2 阵列信号处理的发展及其研究现状  9-12
    1.2.1 空间谱估计算法  9-10
    1.2.2 波束形成算法  10-12
  1.3 论文主要工作  12-13
第二章基于窄带信号的阵列接收模型  13-23
  2.1 窄带信号  13-14
    2.1.1 窄带信号定义  13
    2.1.2 远场窄带信号表示  13-14
  2.2 常见的几种阵列模型  14-21
    2.2.1 基本模型  15-17
    2.2.2 均匀等距线阵  17-18
    2.2.3 均匀等距L型阵  18-20
    2.2.4 均匀等距圆阵  20-21
  2.3 模糊问题讨论  21-22
  2.4 本章小结  22-23
第三章阵列信号处理的基本算法  23-34
  3.1 MUSIC算法  23-25
  3.2 ESPRIT算法  25-28
  3.3 正交传播算子算法  28-30
  3.4 Toeplitz近似算法  30-31
  3.5 MVDR算法  31-32
  3.6 本章小结  32-34
第四章基于四阶累积量矩阵子空间的超分辨测向算法  34-55
  4.1 四阶累积量的定义及其性质  34-36
  4.2 四阶累积量的有效阵列扩展  36-37
  4.3 基于Toeplitz化的降维四阶累积量矩阵  37
  4.4 本文所提算法  37-43
    4.4.1 TFOC-MUSIC算法  38-39
    4.4.2 TFOC-ESPRIT算法  39-40
    4.4.3 TFOC-OPM  40-42
    4.4.4 三种算法的复杂度分析  42-43
  4.5 仿真实验分析  43-54
    4.5.1 TFOC-MUSIC算法仿真实验  43-47
    4.5.2 TFOC-ESPRIT算法仿真实验  47-50
    4.5.3 TFOC-OPM仿真实验  50-54
  4.6 本章小结  54-55
第五章一种低复杂度的去相干波束形成算法  55-64
  5.1 空间平滑算法  55-57
  5.2 本文所提算法  57-58
  5.3 仿真实验分析  58-63
  5.4 本章小结  63-64
第六章结束语  64-65
参考文献  65-69
发表论文和参加科研情况说明  69-70
致谢  70

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