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均匀圆阵列天线测向算法研究

作　者: 杨延光
导　师: 黄晓涛
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 均匀圆阵(UCA) 相位模式激励到达角(DOA) 测向 MUSIC 循环平稳性最佳延时
分类号: TN820
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 606次
引　用: 4次
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内容摘要

均匀圆阵列(UCA)天线在军用及民用方面具有广泛的应用前景,研究不同信源模型下UCA的测向算法成为其实用化的关键。本文首先介绍了空间谱估计基本理论与算法,进而研究了UCA输出数据模型及其波束域处理的基本问题。将循环平稳特性与UCA相结合,通过窄带近似假设简化阵列流形,提出了的两种有效的UCA测向算法——波束域Cyclic MUSIC和Cyclic-RMUSIC算法。它们具有抑制干扰和噪声的能力,并利用FFT或求根技术大大降低了计算量。然后,详细研究了传统Cyclic MUSIC算法中最佳延时的不确定性对到达角(DOA)估计的影响,并分析了该算法的两种改进型附加计算量大的局限性。当信源的循环频率各不相同时,提出了一种估计最佳延时的方法,解决了传统Cyclic MUSIC算法计算循环相关矩阵需要已知最佳延时的问题;为克服多个具有相同循环频率信源不存在最佳延时的不足,利用交错技术和联合估计策略,提出了两步搜索估计DOA的方法。针对信源的这两种不同情形,提出了一种修正Cyclic MUSIC算法,在附加计算量增加相对较小的情况下提高了估计精度。最后,分别对相干信源和宽带循环平稳信源的UCA测向算法进行了研究。在前向后向空间平滑算法框架下,统一了基于均匀线阵(ULA)的几种去相关算法,并将其推广应用于UCA。借助相位模式激励技术构造预处理矩阵,提出了利用UCA估计宽带循环平稳信源DOA的方法。在利用UCA测向的应用背景下,本文研究了平稳、循环平稳、平稳相干和宽带循环平稳等信源模型下相应的测向算法,并进行了性能分析,为机载超分辨测向天线阵的设计提供了技术参考。

全文目录

摘要  7-8
ABSTRACT  8-9
第一章绪论  9-14
  1．1 UCA测向技术的研究背景及意义  9-10
  1．2 UCA测向技术的研究现状  10-12
    1．2．1 空间谱估计技术的研究历史与现状  10-11
    1．2．2 UCA测向算法的研究现状  11-12
  1．3 本文主要工作及内容安排  12-14
    1．3．1 主要研究内容及思路  12
    1．3．2 本文主要研究工作  12-14
第二章 UCA输出建模及波束域处理的基本问题  14-24
  2．1 引言  14-15
  2．2 UCA的数学模型  15-16
  2．3 利用相位模式激励对 UCA进行变换  16-18
    2．3．1 UCA的相位模式激励  16-17
    2．3．2 UCA阵元域到实值波束域的变换  17-18
  2．4 基于 UCA波束域处理的测向算法  18-19
    2．4．1 UCA-RB-MUSIC算法的原理  18
    2．4．2 UCA-RMUSIC算法的原理  18-19
  2．5 仿真实验及性能分析  19-22
    2．5．1 Root-MUSIC算法性能分析  19-20
    2．5．2 仿真实验结果  20-22
  2．6 本章小结  22-24
第三章循环平稳特性及其在 UCA测向中的应用  24-37
  3．1 引言  24
  3．2 循环平稳信号及其特性  24-28
    3．2．1 循环平稳信号的定义  24-25
    3．2．2 循环平稳特性的仿真分析  25-28
  3．3 基于循环平稳特性对 UCA输出建模  28-30
  3．4 UCA波束域 Cyclic-DOA类算法  30-31
    3．4．1 波束域 Cyclic MUSIC算法  30-31
    3．4．2 波束域 Cyclic-RMUSIC算法  31
  3．5 UCA波束域类算法的性能分析  31-35
    3．5．1 波束域 Cyclic MUSIC算法的仿真分析  31-33
    3．5．2 波束域 Cyclic-RMUSIC算法的仿真分析  33-35
  3．6 本章小结  35-37
第四章修正 Cyclic MUSIC算法及其性能分析  37-47
  4．1 引言  37
  4．2 基于 ULA的修正 Cyclio MUSIC算法  37-43
    4．2．1 信源的循环频率各不相同时的修正方法  37-40
    4．2．2 各信源具有相同循环频率时的修正方法  40
    4．2．3 算法的流程图  40-41
    4．2．4 仿真实验及性能分析  41-43
  4．3 基于 UCA的修正 Cyclic MUSIC算法  43-46
    4．3．1 UCA模式空间变换  44
    4．3．2 仿真实验及性能分析  44-46
  4．4 本章小结  46-47
第五章几种特殊情况下 UCA测向问题的研究  47-61
  5．1 引言  47
  5．2 相干信源的 DOA估计  47-51
    5．2．1 空间平滑类算法的原理  47-50
    5．2．2 约束 MUSIC算法  50-51
  5．3 相干信源 DOA估计的仿真分析  51-57
    5．3．1 空间平滑类算法的性能分析  51-54
    5．3．2 CMUSIC算法的性能分析  54-57
  5．4 宽带循环平稳信源的DOA估计  57-59
    5．4．1 SC-SSF算法的原理  57-58
    5．4．2 SC-SSF算法在 UCA中的实现  58-59
  5．5 本章小结  59-61
第六章结束语  61-64
  6．1 本文主要研究成果  61-62
  6．2 工作展望  62-64
致谢  64-65
攻读硕士学位期间发表与撰写的论文  65-66
参考文献  66-70

均匀圆阵列天线测向算法研究

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