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基于均匀圆阵的DOA估计算法研究

作 者: 徐青
导 师: 李立萍
学 校: 电子科技大学
专 业: 信息获取与探测技术
关键词: 均匀圆阵 到达角估计 宽带信号 相干信号子空间法
分类号: TN911.7
类 型: 硕士论文
年 份: 2008年
下 载: 522次
引 用: 5次
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内容摘要


阵列信号处理是信号处理领域内的一个重要分支,其最主要的两个研究方向是自适应空域滤波(自适应阵列处理)和空间谱估计。在空间谱估计研究中,利用均匀圆阵列天线(UCA)进行到达角估计在军用及民用方面具有广泛的应用前景。因此本文研究宽、窄带信源模型下的UCA测向算法具有一定的理论和实际意义。由于均匀线阵(ULA)的DOA估计算法是研究UCA的基础,所以本文在对均匀圆阵(UCA)进行空间谱估计算法研究之前,首先研究了ULA的DOA估计算法,然后研究UCA的窄带信号和宽带信号DOA的估计性能,并将ULA和UCA的算法性能进行了详细比较。本文的主要内容是:1.首先介绍阵列信号处理的基本信号模型和各接收基阵的数据模型,简单介绍了DOA估计的传统方法。2.作为讨论均匀圆阵(UCA)的基础,本文研究分析了均匀线阵(ULA)对DOA估计中的经典算法(MUSIC算法和ESPRIT算法),并进行了仿真和性能比较。3.研究窄带信号均匀圆阵(UCA)一维和二维的DOA估计方法,重点介绍了相位模式激励的UCA测向算法,同时介绍了利用酉变换的UCA测向快速算法。从理论分析和计算机仿真两个角度对窄带信号UCA测向算法进行了深入探讨。4.在以上研究均匀圆阵对窄带信号处理的基础上,文章最后部分重点研究了均匀圆阵对宽带信号的DOA估计,主要研究了两类算法:基于相干信号子空间(CSM)类算法和宽带信号子空间空间谱估计(BASS-ALE)算法。由于宽带信号CSM类算法应用于均匀圆阵时,模式空间转换将导致聚焦变换矩阵的维数随频率变化而变化,不能直接聚焦,因此本文对模式空间转换进行了改进,并基于CSM类算法提出了一种宽带信号均匀圆阵测向新方法。该方法利用聚集变换消除VULA阵列流形中的频率依赖性并进行能量积累,最终实现宽带信号测向。计算机仿真表明了新方法的有效性。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章 引言  8-15
  1.1 研究背景及意义  8-11
  1.2 研究历史和发展现状  11-13
    1.2.1 空间谱估计技术的研究历史和发展现状  11-12
    1.2.2 UCA 测向算法研究现状  12-13
  1.3 论文的主要工作  13-14
  1.4 论文的内容安排  14-15
第二章 阵列信号处理基本阵列模型及传统方法  15-24
  2.1 接收基阵模型  15-17
    2.1.1 任意离散阵  15
    2.1.2 均匀线阵(ULA)  15-16
    2.1.3 均匀圆弧阵  16-17
    2.1.4 均匀圆阵(UCA)  17
  2.2 加性噪声模型  17
  2.3 窄带信号模型  17-20
  2.4 宽带信号模型  20-21
  2.5 DOA 估计的传统方法  21-23
    2.5.1 波束形成法  21-22
    2.5.2 Capon 最小方差法  22
    2.5.3 最大似然法  22-23
    2.5.4 子空间法  23
  2.6 本章小节  23-24
第三章 均匀圆阵窄带信号 DOA 算法估计及仿真  24-48
  3.1 引言  24
  3.2 均匀线阵DOA 算法估计  24-33
    3.2.1 多重信号分类(MUSIC)算法  25-27
      3.2.1.1 经典MUSIC 算法  25-26
      3.2.1.2 求根MUSIC 算法  26-27
    3.2.2 旋转不变子空间算法  27-30
      3.2.2.1 旋转不变子空间算法原理  27-28
      3.2.2.2 最小二乘法(LS-ESPRIT 算法)  28-30
    3.2.3 均匀线阵对窄带信号的DOA 仿真和结果分析  30-33
  3.3 均匀圆阵的DOA 算法估计  33-46
    3.3.1 UCA 的数学模型  33-34
    3.3.2 利用相位模式激励的UCA 测向  34-37
      3.3.2.1 UCA 的相位模式激励  34-35
      3.3.2.2 UCA 阵元域到实值波束域的变换  35-36
      3.3.2.3 均匀圆阵二维ESPRIT 算法  36-37
    3.3.3 均匀圆阵二维酉(unitary)MUSIC 算法  37-39
    3.3.4 均匀圆阵DOA 仿真和结果分析  39-46
      3.3.4.1 均匀圆阵一维测向算法仿真  39-40
      3.3.4.2 均匀圆阵二维测向算法仿真  40-46
  3.4 本章小节  46-48
第四章 均匀圆阵宽带信号DOA 估计算法和仿真  48-66
  4.1 引言  48
  4.2 宽带CSM 类聚焦矩阵法  48-59
    4.2.1 双边相关变换(TCT)算法  49-50
    4.2.2 CSM 类聚焦算法框架  50-51
    4.2.3 均匀圆阵模式空间下的宽带信号DOA 估计  51-55
      4.2.3.1 宽带信号UCA 模型  51-52
      4.2.3.2 模式空间下虚拟阵列模型  52-54
      4.2.3.3 模式空间下的双边聚集变换  54-55
      4.2.3.4 算法步骤  55
    4.2.4 仿真实验  55-59
  4.3 宽带信号子空间空间谱估计(BASS-ALE)算法  59-64
    4.3.1 BASS-ALE 算法描述  59-61
    4.3.2 仿真实验  61-64
  4.4 本章小节  64-66
第五章 全文总结和工作展望  66-68
  5.1 工作总结  66
  5.2 工作展望  66-68
致谢  68-69
参考文献  69-73
攻读硕士学位期间发表的论文  73-74

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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 > 信号处理
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