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贝叶斯高分辨方位估计方法的性能分析与应用研究

作　者: 鲁瑛
导　师: 黄建国
学　校: 西北工业大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 贝叶斯高分辨方法目标方位估计均匀线列阵圆形阵
分类号: TN911.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2001年
下　载: 132次
引　用: 5次
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内容摘要

长期以来，高分辨多目标方位估计技术一直都是国内外阵列信号处理领域的研究重点。该技术的突破不仅对声纳、雷达和水下武器系统等国防建设领域有着重大的意义，而且在许多民用建设领域也有良好的应用前景。结合这些应用背景，本文在国家自然科学基金、航空基础科学基金和“九五”国防重点预研项目的资助和支持下，对信号处理中的高分辨目标方位估计新技术—贝叶斯高分辨方法进行了深入的研究。在课题组前期研究工作的基础上，又取得了新的进展和有价值的研究成果。主要有：1、对贝叶斯高分辨方位估计方法的性能进行了全面系统的研究。首先，对应用于均匀线列阵的贝叶斯高分辨方法在不同信噪比下的角度分辨门限进行了大量的运算和统计分析。结果表明，在高信噪比（20dB）下贝叶斯高分辨方法的角度分辨门限高达1/18波束宽度，低信噪比（-10dB）下也能达到1/3波束宽度。其次，通过大量计算仿真，深入分析了快拍数、阵元数以及目标源的空间位置对贝叶斯高分辨方法估计性能的影响，定量地给出了这三个因素与贝叶斯方法性能之间的关系，这对贝叶斯方法在工程实际中的应用有一定的指导意义。2、进行了贝叶斯高分辨方位估计方法与多重信号特征法（MUSIC）和极大似然估计法（MLE）的性能比较研究，揭示了贝叶斯方位估计方法的优越性。从信噪比的变化、角度分辨能力、低信噪比下的估计性能和对相干信号源的估计几个方面进行了讨论。结果表明，贝叶斯高分辨方法不仅具有最高的角度分辨能力，而且在低信噪比和信号源相干时也具有比MLE和MUSIC更加优越的估计性能。3、给出了应用于圆形阵的贝叶斯高分辨方位估计方法。本文进一步结合工程实际的需要，把基于接收阵列为均匀线列阵这一假设下的贝叶斯高分辨方法推广到了接收阵列为圆形阵的情况。不仅推导了应用于圆形阵的贝叶斯高分辨方位估计算法，完善了贝叶斯高分辨方法的理论；而且在理论研究的基础上，对应用于圆形阵的贝叶斯方法的性能进行了大量的计算机仿真和统计分析。结果表明，应用于圆形阵的贝叶斯方法具有很高的角度分辨能力，在高信噪比下，能够100％地分辨夹角为1/15波束宽度的两目标源，而且估计的精度也很高。在低信噪比下的估计性能也相当突出，-10dB下角度分辨力为2/5波束宽度，-15dB下为3/5波束宽度，-18dB下也能达到4/5波束宽度。特别应当指出的是，在接收阵列为圆形阵的情况下，贝叶斯高分辨方法在不对算法本身进行大的改动的基础上就可以直接估计相干信号源，而且具有良好的估计性能。20dB时所能分辨的最小方位夹角为1/15波束宽度，-10dB时则为1/2波束宽度。因此，贝叶斯方法提供了一种在圆形阵下有效地进行相干源方位估计的新途径。

全文目录

第一章绪论  7-12
  1．1 研究的目的和意义  7-8
  1．2 高分辨方位估计技术的发展过程及概况  8-9
  1．3 本文的主要研究工作  9-12
第二章基本概念和原理  12-17
  2．1 贝叶斯定理  12-13
  2．2 基本概念  13-16
    2．2．1 希尔伯特（HILBERT）变换与解析信号  13
    2．2．2 协方差与相关系数  13-14
    2．2．3 均方误差  14
    2．2．4 特征值分解  14
    2．2．5 高斯分布  14-16
  2．3 本章小结  16-17
第三章信号和阵列模型及其数学描述  17-22
  3．1 假设条件  17
  3．2 信号模型  17-18
  3．3 噪声模型  18
  3．4 阵列模型  18-21
    3．4．1 均匀线列阵  18-20
    3．4．2 圆形阵  20-21
  3．5 本章小结  21-22
第四章贝叶斯高分辨方位估计方法的原理  22-31
  4．1 贝叶斯高分辨方位估计方法的原理概述  22-24
    4．1．1 基于目标空间角谱估计的贝叶斯方位估计方法  22-23
    4．1．2 基于信号参数的最大后验概率密度估计的贝叶斯方位估计方法  23
    4．1．3 两方法的比较  23-24
  4．2 基于信号参数的最大后验概率密度估计的贝叶斯方法  24-30
    4．2．1 理论推导  24-28
    4．2．2 降低运算量的几种措施  28-30
  4．3 本章小结  30-31
第五章贝叶斯高分辨方位估计方法的统计性能分析  31-46
  5．1 角度分辨门限  31-37
  5．2 快拍数对贝叶斯高分辨方位估计方法性能的影响  37
  5．3 阵元数对贝叶斯高分辨方位估计方法性能的影响  37-40
  5．4 目标的空间位置对贝叶斯高分辨方位估计方法性能的影响  40-45
  5．5 本章小结  45-46
第六章贝叶斯高分辨方位估计方法与其它方法的性能比较  46-60
  6．1 原理概述  46-52
    6．1．1 多重信号特征法（MUSIC）  46-48
    6．1．2 最大似然估计法（MLE）  48-50
    6．1．3 相干信号方位估计的空域平滑处理技术  50-52
  6．2 基于非相干源估计的性能比较  52-55
    6．2．1 信噪比的影响  52-54
    6．2．2 角度分辨能力的比较  54
    6．2．3 低信噪比下估计性能的比较  54-55
  6．3 基于相干源估计的性能比较  55-56
  6．4 本章小结  56-60
第七章应用于圆形阵的贝叶斯高分辨方位估计方法  60-78
  7．1 应用于圆形阵的贝叶斯高分辨方位估计方法的理论研究  60-65
  7．2 应用于圆形阵的贝叶斯高分辨方位估计方法的性能研究  65-76
    7．2．1 角度分辨能力  65
    7．2．2 低信噪比下的估计性能  65-72
    7．2．3 相干信号源的估计  72-76
  7．3 对圆形阵在工程实际应用情况的讨论  76-77
  7．4 本章小结  77-78
结束语  78-80
参考文献  80-82
致谢  82

贝叶斯高分辨方位估计方法的性能分析与应用研究

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