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阵列校正与非均匀噪声环境下DOA估计方法研究

作　者: 廖斌
导　师: 廖桂生
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: DOA估计 幅相误差 互耦 阵列校正 非均匀噪声
分类号: TN911.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


传统的高分辨DOA估计算法都是基于高斯白噪声背景下的理想导向矢量,即阵列不存在误差,而背景噪声为统计特性已知的高斯白噪声。然而在实际应用中,由于天线工艺、阵列所处环境等因素的影响,阵列误差是不可避免的,而且背景噪声也很可能是统计特性未知的色噪声。因此,阵列误差校正以及色噪声下的DOA估计也是阵列信号处理中的一个研究热点。本文就阵列存在误差及非均匀噪声情况下的DOA估计方法进行了讨论。1.传统的有源幅相误差校正需要方位精确已知的辅助校正源,而基于迭代算法的自校正方法的全局收敛性又难以保证,且对于均匀线阵的信号DOA与相位误差估计不可分辨。基于此,本文提出了一种基于辅助阵元及ESPRIT算法的阵列幅相误差校正方法。该方法通过引入两个精确校正的辅助阵元,利用ESPRIT原理,通过特征分解可实现信号DOA及阵列幅相误差的联合在线估计。相对于传统的幅相误差校正方法,该方法不需要辅助校正源,也不需要进行迭代或搜索求解,因此运算量低。而且,该方法可以克服传统幅相误差中信号DOA与相位误差估计的模糊问题。计算机仿真实验表明了该方法的有效性。2.空间平滑算法是一种常用的解相干处理方法,而阵元间互耦的存在会导致空间平滑算法的失效,从而无法估计相干源DOA。针对这个问题,本文提出了一种互耦和相干源条件下的DOA估计方法。该方法基于子空间原理,利用入射信号源中的独立信号源可以有效估计出互耦矩阵,再通过估计的互耦矩阵对接收数据协方差矩阵进行互耦补偿,从而克服了互耦对空间平滑算法的影响,并且保证了相干源DOA的准确估计,仿真结果表明了该方法的有效性。3.色噪声的存在会导致传统高分辨DOA估计算法性能恶化。针对这个问题,本文提出了一种非均匀噪声环境下的DOA估计方法,该方法基于独立源的数据协方差矩阵的Toeplitz结构,可以有效估计出噪声协方差矩阵,再将噪声协方差矩阵从数据协方差矩阵中剔除后直接应用MUSIC算法,从而克服了非均匀噪声对DOA估计的影响。相对于传统的最大似然方法及预白化方法,该方法计算量低,而且具有更好的DOA估计性能。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-12
  1.1 研究背景及其意义  8-9
  1.2 研究历史与现状  9-10
  1.3 本文的主要内容  10-12
第二章 信号DOA 估计基础及误差模型  12-24
  2.1 引言  12
  2.2 阵列信号的数学模型  12-14
  2.3 几种传统的高分辨DOA 估计方法  14-18
    2.3.1 MUSIC 算法  14-15
    2.3.2 空间平滑算法  15-16
    2.3.3 ESPRIT 算法  16-17
    2.3.4 最大似然算法  17-18
  2.4 阵列误差及非均匀噪声模型  18-20
    2.4.1 阵列幅相误差  18-19
    2.4.2 阵列互耦  19
    2.4.3 阵元位置误差  19-20
    2.4.4 非均匀噪声  20
  2.5 阵列误差及非均匀噪声对DOA 估计的影响  20-23
  2.6 本章小结  23-24
第三章 阵列幅相误差校正方法  24-34
  3.1 引言  24
  3.2 阵列幅相误差校正方法  24-29
    3.2.1 阵列幅相误差模型  24-25
    3.2.2 单辅助校正源幅相误差校正方法  25
    3.2.3 迭代幅相误差自校正方法  25-27
    3.2.4 基于辅助阵元及ESPRIT 的阵列幅相误差校正方法  27-29
  3.3 计算机仿真  29-32
  3.4 本章小结  32-34
第四章 阵列互耦校正方法  34-40
  4.1 前言  34-35
  4.2 互耦及相干源条件下DOA 估计方法  35-37
    4.2.1 阵列互耦模型  35
    4.2.2 互耦矩阵估计  35-36
    4.2.3 DOA 估计  36-37
  4.3 计算机仿真  37-39
  4.4 本章小结  39-40
第五章 非均匀噪声环境下DOA 估计方法  40-48
  5.1 前言  40
  5.2 非均匀噪声环境下DOA 估计方法  40-44
    5.2.1 非均匀噪声阵列模型  40-41
    5.2.2 非均匀噪声下最大似然DOA 估计方法  41-42
    5.2.3 噪声协方差矩阵估计方法  42-44
    5.2.4 DOA 估计方法  44
  5.3 计算机仿真  44-47
  5.4 本章小结  47-48
第六章 总结与展望  48-50
  6.1 总结  48-49
  6.2 展望  49-50
致谢  50-52
参考文献  52-57
作者在读期间的研究成果  57-58

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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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