相干信号源的阵列测向算法研究

发布时间：2017-04-15 19:28

  本文关键词：相干信号源的阵列测向算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：波达方向估计(DOA)一直是阵列信号处理中一个较为热门的研究方向。目前大部分DOA算法都是基于空域信号是相互独立或不相关这一假设的。然而在实际应用中,相干信号是普遍存在的。针对相干信号源的一般DOA算法所面临的阵列利用率低,低信噪比表现差等问题,本文给出了一些基于子空间算法的相干信源处理方法。近年来,压缩感知和稀疏重构理论引起了国内外学者的广泛关注,并将其应用于DOA估计算法中。由于其在处理相干信号时的天然优势,本文基于稀疏重构理论给出了一些更加优越的算法。全文工作内容可以概括如下:(1)给出一种可以分开估计独立信号与各个相干群DOA的新方法。基于均匀线阵的导向矢量的线性组合不产生新导向矢量这一结论,首先采用多重信号分类(MUSIC)算法直接估计独立信号源的DOA信息。然后利用阵列接收数据二阶项中独立信号和噪声的Toeplitz特性,采用差分操作去除独立信号和噪声的影响,接着构造无交互影响的虚拟阵列流型矩阵,针对该矩阵的每一列采用改进的矢量奇异值算法估计每个相干群的DOA信息。(2)当接收信号中相干群较多时,上一算法需要进行多次奇异值分解,且所有操作都是基于复数域的,因此计算量较大。通过将虚拟阵列流型矩阵中的每一列看做是一个单次快拍虚拟数据,采用扩展孔径的实值旋转不变子空间(ESPRIT)算法估计各个相干群的来波信息,进而在一定程度上减小了计算量。同时由于差分操作去除了噪声污染,所提算法很好的克服了低信噪比条件下,实值算法不稳定的弊端。(3)针对传统子空间算法需要预知信源个数作为先验信息这一弊端,采用正交匹配追踪(OMP)算法估计每个相干群的DOA信息。由于不利用子空间的正交性,因此所提算法进一步提高了阵列利用率。由于差分操作抑制了噪声的干扰,同时所构造的虚拟阵列流型消除了相干群的交互影响,所提算法很好的克服了OMP算法在低信噪比下不稳定的缺点。(4)讨论了基于阵元空间和基于波束空间的DOA算法基本原理。将稀疏重构思路扩展至波束空间,给出基于波束空间协方差稀疏重构的算法。所提算法通过合理的设置波束形成矩阵,将维度较高的阵元空间接收数据映射至维数相对较低的波束空间,最后采用基追踪(BP)算法估计信号DOA。
【关键词】：相干信号 波达方向估计 阵列孔径扩展 稀疏重构 波束空间
【学位授予单位】：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
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 研究背景与意义10-12
• 1.2 国内外研究发展现状12-15
• 1.3 论文结构与内容安排15-17
• 第二章 DOA估计与压缩感知基本理论17-30
• 2.1 阵列信号处理理论基础17-21
• 2.1.1 窄带信号阵列接收模型17-18
• 2.1.2 基于子空间理论的DOA估计方法18-21
• 2.2 稀疏重构与压缩感知概述21-25
• 2.2.1 稀疏信号的定义21-23
• 2.2.2 零空间特性23
• 2.2.3 限制等容性23-24
• 2.2.4 感知矩阵的相干性24
• 2.2.5 三者之间的关系24-25
• 2.3 稀疏重构理论与DOA估计25-26
• 2.4 重构算法26-29
• 2.4.1 BP算法26-27
• 2.4.2 贪婪算法27-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 基于阵列二阶项差分和特征矢量的扩展孔径算法30-51
• 3.1 独立信源和相干信源并存的阵列接收模型30-31
• 3.2 独立信源DOA估计31-32
• 3.3 相干信源DOA估计32-39
• 3.3.1 差分方法32-34
• 3.3.2 构造无交互影响的虚拟流型矩阵34-35
• 3.3.3 相干群DOA估计35-38
• 3.3.4 算法性能分析38-39
• 3.4 实验仿真和结果39-44
• 3.5 低计算量的扩展孔径DOA算法44-50
• 3.5.1 相干信源估计方法44-47
• 3.5.2 实验仿真和结果47-50
• 3.6 本章小结50-51
• 第四章 未知相干群信源结构的扩展孔径算法51-60
• 4.1 稀疏模型51-52
• 4.2 基于OMP的相干群DOA算法52-53
• 4.3 实验仿真53-56
• 4.4 基于差分框架的扩展孔径算法性能比较56-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第五章 基于稀疏重构的波束空间DOA估计60-74
• 5.1 常规波束形成基本原理60-61
• 5.2 基于波束空间DOA算法的基本理论61-64
• 5.3 基于稀疏重构的波束空间DOA算法64-68
• 5.4 二阶锥规划构造68-69
• 5.5 实验仿真69-72
• 5.6 本章小结72-74
• 第六章 总结和展望74-77
• 6.1 总结74-75
• 6.2 展望75-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-83
• 攻硕期间取得的研究成果83-84

【参考文献】

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1 王铁丹;压缩感知技术在阵列测向中的应用[D];电子科技大学;2013年

  本文关键词：相干信号源的阵列测向算法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：309113