基于MUSIC算法的相干信号DOA估计研究

发布时间：2017-10-20 21:21

  本文关键词：基于MUSIC算法的相干信号DOA估计研究

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【摘要】：空间信号的波达方向(Direction of Arrival,简称DOA)估计作为阵列信号处理研究的一个主要课题,在近些年来越来越得到大量的关注和研究。它可以实现对空间中信源信号的高准确的角度估计,实现信源方位等参数的具体精确检测,并且还具有很高的分辨力。这些特性使得DOA估计在声呐、通信以及雷达等多种领域具有广阔的应用和发展前景。在实际工程中进行信源信号DOA估计时,由于空间环境的复杂多变,雷达阵列接收的信号包含大量的相干信号,以及同频噪声也会成为相干的信号造成干扰,还有在信号处理时会将信号进行处理导致相干情况发生。在空间谱估计中,经常会因相干信源信号的存在导致目标定位不精确或无法定位的问题。在面对相干信号时,MUSIC算法等子空间类算法已经无法满足空间谱估计的性能。因此,如何对相干信源信号进行处理是一个研究的热点,同时也是本文的主要研究内容。本文在对传统的DOA估计算法以及目前已经提出的解相干的算法基础上,提出改进的解相干算法。主要工作内容如下：1、本文在理想DOA估计的阵列信号模型以及相干信号源的模型的基础上介绍了三种空间谱估计的算法：延迟一相加法、Capon最小方差法以及多重信号分类算法(Multiple Signal Classification,简称MUSIC)。同时还介绍了四种解相干的的算法：空间平滑法,矢量奇异值法(SVD算法),矩阵分解法以及Toeplitz算法。针对前面提到的算法,本文均有详细的对比分析,指明它们的优缺点。2、综合本文前面的工作,本文提出针对相干信号处理的改进MMUSIC算法(简称I-MMUSIC算法),它是对前后向空间平滑算法和MMUSIC算法的结合。文章从原理上对该算法的阵列预处理以及数据处理部分进行了详细分析。同时,本文给出了算法的计算过程。3、针对本文提出的I-MMUSIC算法,本文设计了仿真程序。将其与前后向空间平滑算法和MMUSIC算法进行对比仿真,验证该算法在DOA估计精度及分辨率的优势。并通过多次仿真证明面对不同信噪比时该算法的高性能及稳定性。4、设计应用验证,将本文提出的I-MMUSIC算法应用于车载防撞雷达的信号处理部分。文章提出了应用的完整算法过程,并且通过设计仿真程序,证明该算法可以实现不同距离不同方位的障碍物的检测,为具体工程应用提供依据。
【关键词】：MUSIC算法 DOA估计 相干信号 车载防撞雷达
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN911.7
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 符号对照表10-11
• 缩略语对照表11-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 本文研究的背景及意义14-15
• 1.2 DOA估计发展及研究现状15-16
• 1.3 相干信源DOA估计研究现状16-17
• 1.4 论文主要工作和内容安排17-20
• 第二章 DOA估计的模型及算法20-36
• 2.1 引言20
• 2.2 DOA估计的模型20-24
• 2.2.1 DOA估计阵列信号模型20-23
• 2.2.2 相干信源的信号模型23-24
• 2.3 DOA估计的算法24-30
• 2.3.1 延迟—相加法24-25
• 2.3.2 Capon最小方差法25-26
• 2.3.3 多重信号分类(MUSIC)法26-29
• 2.3.4 三种算法对比分析29-30
• 2.4 信号源数估计30-33
• 2.4.1 信息论方法30-32
• 2.4.2 盖氏圆准则32-33
• 2.5 本章小结33-36
• 第三章 基于解相干MUSIC算法的DOA估计36-44
• 3.1 引言36
• 3.2 空间平滑算法36-38
• 3.3 矢量奇异值算法(SVD算法)38-39
• 3.4 矩阵分解法39-40
• 3.5 Toeplitz算法40-42
• 3.6 四种算法对比分析42
• 3.7 本章小结42-44
• 第四章 改进的MMUSIC算法(简称I-MMUSIC算法)DOA估计44-62
• 4.1 引言44
• 4.2 I-MMUSIC算法阵列预处理44-47
• 4.2.1 阵列预处理技术模型44-45
• 4.2.2 阵列预处理技术的原理分析45-47
• 4.3 I-MMUSIC算法数据处理47-50
• 4.3.1 数据处理模型47-49
• 4.3.2 数据处理的原理分析49-50
• 4.4 I-MMUSIC算法步骤50-52
• 4.5 I-MMUSIC算法仿真及分析52-59
• 4.6 本章小结59-62
• 第五章 I-MMUSIC算法应用于车载防撞雷达系统研究62-72
• 5.1 引言62
• 5.2 系统实现算法分析及流程设计62-67
• 5.2.1 距离估计模块分析63-65
• 5.2.2 角度估计模块实现分解65-67
• 5.3 算法实现仿真67-70
• 5.4 本章小结70-72
• 第六章 总结与展望72-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-80
• 作者简介80

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