声阵列宽带信号DOA估计算法与应用研究

发布时间：2017-12-15 11:24

  本文关键词：声阵列宽带信号DOA估计算法与应用研究

  更多相关文章： 宽带信号 波达方向估计 空间谱 克拉美-罗界 高阶

【摘要】：阵列信号处理是信号处理中的一个重要内容分支,随着环境日趋变化以及科技日新月异的发展,有关宽带阵列信号处理的应用越来越广泛。波达方向估计作为阵列信号处理中一个重要组成部分,国内外已经有很多研究学者对其进行了深入的研究,并取得了很多优秀的成果。宽带信号与窄带信号相比拥有较大的信号带宽,并携带更复杂的信息。因此研究怎样合理的、充分的利用宽带信号的信息是很有必要的。文章研究重点是多目标源宽带信号的波达方向参数估计问题。本文的主要研究工作可以概述如下：首先,介绍了阵列信号处理技术的基础(窄带和宽带信号模型),并列举了一些评估宽带信号波达方向估计理论的性能参数,以便后文能更好更全面的评价算法的估计性能。特别是推导出克拉美-罗界,用其来比较不同算法逼近理论界的程度。并分析了阵列孔径小于半波长或者大于半波长的情况下对波达方向的估计性能的影响。其次,传统的基于聚焦矩阵的宽带信号波达方向估计方法需要预先估计角度以便构造宽带信号每个窄频上的聚焦矩阵,并且需要预先选择聚焦矩阵的频率。因此,预先估计的角度会对聚焦矩阵产生一定的影响,当估计角度偏差较大时可能会导致聚焦矩阵方法完全失效。本文将窄带波达方向估计理论算法提升到宽带信号处理中,如波束形成技术、最大似然估计器以及空间谱理论估计中的子空间算法等,在此基础上提出了针对宽带声信号的基于多重信号分类算法的圆阵平滑算法,该算法突破了传统理论中线阵平滑的约束。对每种算法分别进行单源、双源仿真实验,分析其测向分辨率,给出在不同信噪比、不同快拍数下的估计性能以及不同孔径下算法的分辨率。再次,我们将传统的二阶阵列信号处理模式提升到高阶阵列信号处理模式中,利用高阶阵列信号处理可以扩展孔径,而且能在目标信号源个数大于阵元个数时进行到达角参数估计,提高了参数估计性能,但是这需要大量的实验数据快拍数以及更高的计算复杂度,对实际系统中硬件提出了更高的要求。最后,我们将上述宽带信号波达方向估计算法应用到实际系统环境中,根据课题组已有的阵列硬件,选择不同结构利用不同的算法,通过半消声实验室与外场实测实验对直升机和坦克声进行波达方向估计,并根据测向结果给出了跟踪轨迹,实测实验证明文章的测向算法的实用性。
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN911.23

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本文编号：1291800