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宽带信号波达方向估计算法研究

作　者: 郭娜
导　师: 刘先省
学　校: 河南大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 宽带信号 均匀线阵 波达方向估计 聚焦矩阵 阵列误差校正
分类号: TN911.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 117次
引　用: 2次
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内容摘要


空间谱估计是阵列信号处理的主要研究方向之一,它着重研究空间多传感器阵列所构成的处理系统对感兴趣的空间信号的多种参数进行准确估计的能力,其主要目的是估计信号的空域参数或信源位置,在雷达、通信、声呐等众多领域有极为广阔的应用前景。到目前为止,有关窄带信号的波达方向(DOA)估计算法已经比较成熟。由于宽带信号含有更丰富的信息,有利于目标检测和参数估计,因此针对宽带信号的波达方向估计算法的研究具有重要的实际意义。关于该方面的研究也越来越多,但是还需进一步提高算法的估计性能。本文以均匀线阵为基础,对宽带信号波达方向估计算法以及阵列误差校正问题进行了研究,主要研究工作概括如下:1.研究了经典窄带子空间类高分辨算法,通过仿真实验对MUSIC算法和ESPRIT算法进行了性能分析。研究了适用于宽带非相干信号的ISM算法,并改进了ISM算法使其可以处理宽带相干信号源。2.针对实际中大量存在的宽带相干信号,研究了经典CSM类算法。该算法的关键问题是聚焦矩阵的构造,一般要求有一个初始方向估计和预选的聚焦频率来确定聚焦矩阵,算法效果易受初选值的影响,通过仿真实验对几种算法的估计性能进行了综合分析和比较。研究了一种不需要方位预估的差分特征分解法。3.在CSM算法的基础上提出一种改进算法,基于矩阵重构的宽带信号DOA估计算法,它把空间平滑算法的原理应用到宽带信号的方位估计中去,以减小阵列误差的影响,仿真结果表明该算法可以提高阵列解相干信号的能力,并且具有较高的稳定性。4.研究了宽带高分辨方位估计的克拉美-罗界(CRB),它决定了对统计信息估计的均方误差下界,可以通过分析波达方向估计算法的CRB确定分辨能力的极限。针对阵列误差校正问题,研究了窄带阵列误差模型、三种窄带阵列误差的校正方法和一种宽带阵列误差的校正方法。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章 绪论  8-14
  1.1 课题来源  8
  1.2 研究背景及意义  8-9
  1.3 研究历史与现状  9-12
  1.4 本文主要工作  12-14
第二章 DOA估计数学模型及子空间类算法  14-29
  2.1 阵列接收信号的数学模型  14-19
    2.1.1 一般情况下的数学模型  15-16
    2.1.2 相干信号源数学模型  16-17
    2.1.3 宽带信号源数学模型  17-19
  2.2 子空间类 DOA估计算法  19-25
    2.2.1 多重信号分类算法  19-22
    2.2.2 旋转不变子空间算法  22-25
  2.3 计算机仿真及性能分析  25-28
  2.4 本章小结  28-29
第三章 宽带信号的子空间 DOA估计算法  29-56
  3.1 宽带信号阵列模型  29-31
  3.2 非相干信号子空间方法  31-34
    3.2.1 ISM算法基本原理  31-32
    3.2.2 改进的 ISM方法  32-33
    3.2.3 计算机仿真及性能分析  33-34
  3.3 相干信号子空间方法  34-43
    3.3.1 CSM算法基本原理  34-36
    3.3.2 聚焦矩阵的构造方法  36-39
    3.3.3 差分特征分解法  39-40
    3.3.4 计算机仿真及性能分析  40-43
  3.4 基于矩阵重构的方法  43-50
    3.4.1 空间平滑算法的原理  43-47
    3.4.2 基于矩阵重构的方法  47-48
    3.4.3 计算机仿真及性能分析  48-50
  3.5 宽带直接处理方法  50-51
  3.6 高分辨方位估计方法的克拉美—罗界(CRB)  51-55
    3.6.1 方位估计的克拉美—罗界  51-53
    3.6.2 宽带信号方位估计的克拉美—罗界  53-54
    3.6.3 仿真结果与分析  54-55
  3.7 本章小结  55-56
第四章 阵列误差校正  56-68
  4.1 阵列误差模型  56-59
  4.2 阵列误差的校正方法  59-65
    4.2.1 有源校正方法  59-60
    4.2.2 自校正算法  60-62
    4.2.3 辅助阵元法  62-64
    4.2.4 仿真结果与分析  64-65
  4.3 宽带情况下的误差分析  65-67
    4.3.1 宽带阵列误差模型  66
    4.3.2 宽带阵列误差校正方法研究  66-67
  4.4 小结  67-68
总结与展望  68-70
致谢  70-71
参考文献  71-75
攻读硕士学位期间完成的论文及参加的科研项目  75

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 通信理论 > 信息论 > 信号检测与估计
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