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宽带信号DOA估计算法研究

作　者: 刘珂
导　师: 吕明
学　校: 电子科技大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 宽带波达方向估计子空间方法快速算法幅相误差
分类号: TN911.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 121次
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内容摘要

信号波达方向的高分辨估计是信号参数估计的重要内容,其在雷达、声纳、通信、空间探测等领域有着广泛应用。最初,高分辨算法是建立在窄带假设基础之上的。而通信系统中广泛应用的扩频信号、线性调频信号,以及自然界中的声音信号、地震波等都是宽带信号。因此,针对宽带信号高分辨测向问题的研究越来越受到重视。本论文围绕着子空间类宽带高分辨测向算法进行了研究。主要工作如下:1、在分析了非相关子空间估计方法(ISM)的基础上,针对该方法对相关信号失效的缺点,应用修正MUSIC算法对ISM方法进行改进,通过对接收数据的共轭重排,得到满秩的协方差矩阵。仿真证明,改进后的方法提高了估计性能,并使之可以处理相关信号。2、介绍了相关子空间估计方法(CSM),从解相关的原理出发,研究了CSM方法的一般原理、聚焦矩阵的构造准则和最佳聚焦频率的选择方法等问题,并通过大量仿真实验对双边相关变换(TCT)、旋转信号子空间变换(RSS)、信号子空间变换(SST)聚焦算法的性能进行了全方位的分析和比较。3、针对宽带子空间类方法运算量过大,以致难以实现的问题,将Household QR分解、快速子空间分解、传播算子等方法应用到CSM类方法之中,从而避免了在构造聚焦矩阵时进行特征值分解或奇异值分解复杂运算,实验证明,新方法在减少了运算量的同时,保持CSM类方法优异性能。4、由于阵列误差对宽带子空间类方法的性能有重要影响,在第四部中介绍了存在幅相误差时的阵列模型,分别分析了幅度误差和相位误差对MUSIC算法测向性能的影响,并通过仿真验证了理论分析。针对阵列幅相误差,详细分析和研究了有源校正方法、基于矩阵Toeplitz结构的自校正方法,通过仿真实际验证了两种方法的有效性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-13
  1.1 研究背景及意义  9-10
  1.2 国内外研究状况  10-12
  1.3 本文主要工作及内容安排  12-13
第二章阵列测向基础  13-23
  2.1 引言  13
  2.2 宽带信号的定义  13-14
  2.3 接收阵列模型  14-19
  2.4 阵列信号模型  19-22
    2.4.1 窄带阵列接收信号模型  19-20
    2.4.2 宽带阵列接收信号模型  20-22
  2.5 本章小结  22-23
第三章宽带信号DOA 估计的子空间方法  23-52
  3.1 引言  23
  3.2 窄带DOA 估计方法  23-30
    3.2.1 延迟-相加法  23-25
    3.2.2 Capon 最小方差法  25
    3.2.3 窄带子空间方法  25-28
    3.2.4 仿真实验  28-30
  3.3 非相关信号子空间方法  30-36
    3.3.1 ISM 方法原理  30-32
    3.3.2 修正ISM 方法原理  32-33
    3.3.3 仿真实验  33-36
  3.4 相关信号子空间方法  36-41
    3.4.1 宽带信号解相关原理  37
    3.4.2 CSM 方法原理  37-39
    3.4.3 最佳聚焦矩阵构造准则  39-40
    3.4.4 最佳聚焦频率的选择  40-41
  3.5 聚焦矩阵的构造方法  41-51
    3.5.1 双边相关变换算法（TCT）  42-43
    3.5.2 旋转信号子空间算法（RSS）  43-44
    3.5.3 信号子空间变换算法（SST）  44
    3.5.4 仿真实验  44-51
  3.6 本章小结  51-52
第四章宽带信号DOA 估计的快速算法  52-66
  4.1 引言  52
  4.2 基于快速QR 分解的宽带DOA 估计方法  52-57
    4.2.1 QR 矩阵分解  52-53
    4.2.2 Householder QR 分解算法  53-54
    4.2.3 基于快速QR 分解的宽带DOA 估计  54-55
    4.2.4 仿真实验  55-57
  4.3 基于快速子空间分解的宽带DOA 估计方法  57-61
    4.3.1 快速子空间分解原理  57-58
    4.3.2 基于快速子空间分解的宽带DOA 估计  58-59
    4.3.3 仿真实验  59-61
  4.4 基于传播算子的宽带DOA 估计方法  61-65
    4.4.1 传播算子方法  61-63
    4.4.2 基于传播算子的宽带DOA 估计  63-64
    4.4.3 仿真实验  64-65
  4.5 本章小结  65-66
第五章阵列幅相误差对DOA 估计的影响和校正  66-79
  5.1 引言  66
  5.2 幅相误差对DOA 估计的影响  66-70
    5.2.1 幅度误差的影响  66-67
    5.2.2 相位误差的影响  67-68
    5.2.3 仿真实验  68-70
  5.3 幅相误差的校正  70-78
    5.3.1 单辅助源校正法  70-74
      5.3.1.1 算法原理  70-71
      5.3.1.2 仿真实验  71-74
    5.3.2 基于矩阵Toeplitz 结构的自校正方法  74-78
      5.3.2.1 算法原理  74-77
      5.3.2.2 仿真实验  77-78
  5.4 本章小结  78-79
第六章总结与展望  79-81
  6.1 总结  79-80
  6.2 展望  80-81
致谢  81-82
参考文献  82-85
作者攻硕期间取得的成果  85-86

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