基于互质阵列虚拟空洞填补的DOA估计算法研究
发布时间：2021-06-20 17:01
各种阵列技术研究中,因互质阵列孔径大、自由度高等诸多优势,成为当前波达方向估计领域中一个重要研究课题。互质阵列利用其少量的阵元数,并且阵元的间距不受限制,能够扩展出大量的虚拟阵元,通过虚拟阵元能够增加阵列自由度,可以有效解决信号数大于物理阵元数时的DOA估计问题。通常,在扩展出的多数虚拟阵元中,使用到的仅为连续部分的阵元,连续虚拟阵元与其他虚拟阵元之间存在“空洞”,因空洞位置缺失虚拟阵元响应造成之后的虚拟阵元不可用。为了提升虚拟阵元的利用率,本文对虚拟阵列空洞的填充展开研究。主要内容如下:（1）介绍了均匀阵列的数学模型及其两种经典的DOA估计算法。针对信号源相干的情况,研究了前后向平滑算法以及基于Toeplitz矩阵重构的ESPRIT算法。（2）分析了原始互质阵列以及改进后的二阶扩展互质阵列,并在改进后的二阶扩展互质阵列的阵列结构基础上,介绍了阵列接收数据模型及其虚拟阵列的构造原理。分析了虚拟阵列的自由度,针对单个空洞,研究了利用紧邻空洞的两个虚拟阵元的阵元响应,拟合出空洞位置的虚拟阵元响应进而填充空洞的方法。将空洞填充后,虚拟阵元的利用率得到提升,并结合SS-MUSIC算法进行DOA...
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：49 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１均匀阵列模型??若将第一个传感器作为参考阵元，则窄带信号到达第二个阵元传感器的延时??距离为也信号的传播速度为光速ｃ，由此可以推算出窄带信号到达第ｍ个??
相同且??都相差一个阵元间距，这些子阵列的阵列流型将相同，再将这些子阵列数据的协??方差矩阵求和获得平均协方差矩阵，利用得到的平均协方差解决ＤＯＡ估计问题。??＾?向后空间平沿???｜?子阵歹丨１Ｌ?｜??｜?子阵列Ｌ－１?｜?．．．?｜?子阵列１?｜??Ｊ?２?ｍ?ｍ＋１?…?Ｍ－ｍ＋１?…?Ｍ－ｌ?Ｍ??＃■?－＃?＃■?＿?？?＃－?？?？??１?子阵列１?ｔ??＊?子阵歹１１２?＇?？？？?Ｉ?Ｉ??子阵列Ｌ??向前空间平滑?＾??图２．２前后向空间平滑??如图２．２所示，均匀阵列中有着Ｉ个相互重叠且阵元数相同的子阵列，每个??子阵元有ｍ个传感器元素，相距一个阵元间距，其中ｍ?＝?Ｍ－Ｌ?＋?ｌ。第／（１Ｓ／ＳＬ）??１１??
?第２章阵列信号处理的基础理论???得空间协方差矩阵，解决了因信号相干导致协方差矩阵秩的缺失而无法进行??ＤＯＡ估计的问题。但同时因最后得到的协方差矩阵是与子阵列相关的，与原始??的协方差相比在矩阵维度上降低了，所以是的阵列的自山度减少。??本节将介绍另一种解相干算法。该算法的核心是构建了—个特殊的Ｔｏｅｐｌｉｔｚ??矩阵，该矩阵的秩不受信号相关或者强相关的影响，只与信号的波达方向相关，??既而解决ＤＯＡ估计问题。??Ｙ?Ｖ?ｙ?ｙ?ｖ??图２．３均匀线阵??在图２．３中，均匀阵列有２Ｍ?＋?１个阵元（－从，从），间距为ｄ，假设有??个信号入射到阵列。那么第ｗ个阵元输出信号为??？＝?＋以ｔ）??＜＝｜?ｋ?（２．４４）??＝土仏⑴?—ｆ／Ａ＋?士?＼？⑴?ｅ＿；２／ｒｄｍｓｉｎ糾＋?？？⑴??／＝！?ＫＨ??式中２表示前欠个信号中前０个相干信号，相干系数为＾，、（〖）为高斯白噪声。??则阵列的输出为：??Ｘ?⑴＝［；ｃ＿ｗ（ｔ），．．．，ｘ０（ｔ），．－．，？（ｔ）］ｒ?＝?Ａ?⑷Ｓ?⑴＋?Ｎ（ｔ）?（２．４５）??式中ｓ［ｔ］?＝?［ｓ，?（ｔ），．．．，ｓ￡⑴］表示空间信号矢量。Ａ（０）表示阵列的方向矩阵：??＿?ｅ胸＇?．．．??？?奉?》?？??？?？?？?？??修?？?？?？??＼｛ｄ）＾［ａ｛６，）Ｍ〇ｉ＼－ＭｅＫ）｝?１?１?…１?（２．４６）??■?？?？?？??■?？?？?？??．．．?ｅ￣Ｊ＾Ｋ??其中Ｋ?＝?＝２７ｒｄ?ｓｉｎ?０ｋ?／?Ａ??阵列的协方差矩阵Ｒ?＝?］中的元素可由Ｚ（Ｘ，Ｗ表示：??（２．４７）??ｉ＝１
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于互质阵列重构的高维波达方向估计算法[J]. 张彦奎,许海韵,巴斌,逯志宇,代正亮. 电子学报. 2018(12)
[2]利用空间平滑的协方差秩最小化DOA估计方法[J]. 王洪雁,房云飞,裴炳南. 西安电子科技大学学报. 2018(05)
[3]MUSIC算法的性能分析与改进[J]. 张杰,张良. 电子测量技术. 2017(10)
[4]基于矩阵填充的互质阵列欠定DOA估计方法[J]. 吴晨曦,张旻,王可人. 工程科学与技术. 2017(05)
[5]分布式嵌套阵列及其DOA估计[J]. 谢玉凤,白媛,马秀荣. 电讯技术. 2016(07)
[6]基于级联MUSIC的面阵中的二维DOA估计算法[J]. 蒋驰,张小飞,张立岑. 系统工程与电子技术. 2016(02)
[7]一种基于最大似然估计的合作目标多维参数跟踪算法[J]. 魏子翔,崔嵬,李霖,吴爽,吴嗣亮. 电子与信息学报. 2015(06)
[8]一种最小冗余线阵的目标DOA估计方法[J]. 胡子扬,任渊. 电讯技术. 2014(11)
[9]基于压缩感知的DOA估计稀疏化模型与性能分析[J]. 林波,张增辉,朱炬波. 电子与信息学报. 2014(03)
硕士论文
[1]基于压缩感知的互质阵列DOA估计[D]. 苏瑶.西安电子科技大学 2017
[2]基于压缩感知的DOA估计[D]. 胡斌.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：3239590
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：49 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１均匀阵列模型??若将第一个传感器作为参考阵元，则窄带信号到达第二个阵元传感器的延时??距离为也信号的传播速度为光速ｃ，由此可以推算出窄带信号到达第ｍ个??
相同且??都相差一个阵元间距，这些子阵列的阵列流型将相同，再将这些子阵列数据的协??方差矩阵求和获得平均协方差矩阵，利用得到的平均协方差解决ＤＯＡ估计问题。??＾?向后空间平沿???｜?子阵歹丨１Ｌ?｜??｜?子阵列Ｌ－１?｜?．．．?｜?子阵列１?｜??Ｊ?２?ｍ?ｍ＋１?…?Ｍ－ｍ＋１?…?Ｍ－ｌ?Ｍ??＃■?－＃?＃■?＿?？?＃－?？?？??１?子阵列１?ｔ??＊?子阵歹１１２?＇?？？？?Ｉ?Ｉ??子阵列Ｌ??向前空间平滑?＾??图２．２前后向空间平滑??如图２．２所示，均匀阵列中有着Ｉ个相互重叠且阵元数相同的子阵列，每个??子阵元有ｍ个传感器元素，相距一个阵元间距，其中ｍ?＝?Ｍ－Ｌ?＋?ｌ。第／（１Ｓ／ＳＬ）??１１??
?第２章阵列信号处理的基础理论???得空间协方差矩阵，解决了因信号相干导致协方差矩阵秩的缺失而无法进行??ＤＯＡ估计的问题。但同时因最后得到的协方差矩阵是与子阵列相关的，与原始??的协方差相比在矩阵维度上降低了，所以是的阵列的自山度减少。??本节将介绍另一种解相干算法。该算法的核心是构建了—个特殊的Ｔｏｅｐｌｉｔｚ??矩阵，该矩阵的秩不受信号相关或者强相关的影响，只与信号的波达方向相关，??既而解决ＤＯＡ估计问题。??Ｙ?Ｖ?ｙ?ｙ?ｖ??图２．３均匀线阵??在图２．３中，均匀阵列有２Ｍ?＋?１个阵元（－从，从），间距为ｄ，假设有??个信号入射到阵列。那么第ｗ个阵元输出信号为??？＝?＋以ｔ）??＜＝｜?ｋ?（２．４４）??＝土仏⑴?—ｆ／Ａ＋?士?＼？⑴?ｅ＿；２／ｒｄｍｓｉｎ糾＋?？？⑴??／＝！?ＫＨ??式中２表示前欠个信号中前０个相干信号，相干系数为＾，、（〖）为高斯白噪声。??则阵列的输出为：??Ｘ?⑴＝［；ｃ＿ｗ（ｔ），．．．，ｘ０（ｔ），．－．，？（ｔ）］ｒ?＝?Ａ?⑷Ｓ?⑴＋?Ｎ（ｔ）?（２．４５）??式中ｓ［ｔ］?＝?［ｓ，?（ｔ），．．．，ｓ￡⑴］表示空间信号矢量。Ａ（０）表示阵列的方向矩阵：??＿?ｅ胸＇?．．．??？?奉?》?？??？?？?？?？??修?？?？?？??＼｛ｄ）＾［ａ｛６，）Ｍ〇ｉ＼－ＭｅＫ）｝?１?１?…１?（２．４６）??■?？?？?？??■?？?？?？??．．．?ｅ￣Ｊ＾Ｋ??其中Ｋ?＝?＝２７ｒｄ?ｓｉｎ?０ｋ?／?Ａ??阵列的协方差矩阵Ｒ?＝?］中的元素可由Ｚ（Ｘ，Ｗ表示：??（２．４７）??ｉ＝１
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于互质阵列重构的高维波达方向估计算法[J]. 张彦奎,许海韵,巴斌,逯志宇,代正亮. 电子学报. 2018(12)
[2]利用空间平滑的协方差秩最小化DOA估计方法[J]. 王洪雁,房云飞,裴炳南. 西安电子科技大学学报. 2018(05)
[3]MUSIC算法的性能分析与改进[J]. 张杰,张良. 电子测量技术. 2017(10)
[4]基于矩阵填充的互质阵列欠定DOA估计方法[J]. 吴晨曦,张旻,王可人. 工程科学与技术. 2017(05)
[5]分布式嵌套阵列及其DOA估计[J]. 谢玉凤,白媛,马秀荣. 电讯技术. 2016(07)
[6]基于级联MUSIC的面阵中的二维DOA估计算法[J]. 蒋驰,张小飞,张立岑. 系统工程与电子技术. 2016(02)
[7]一种基于最大似然估计的合作目标多维参数跟踪算法[J]. 魏子翔,崔嵬,李霖,吴爽,吴嗣亮. 电子与信息学报. 2015(06)
[8]一种最小冗余线阵的目标DOA估计方法[J]. 胡子扬,任渊. 电讯技术. 2014(11)
[9]基于压缩感知的DOA估计稀疏化模型与性能分析[J]. 林波,张增辉,朱炬波. 电子与信息学报. 2014(03)
硕士论文
[1]基于压缩感知的互质阵列DOA估计[D]. 苏瑶.西安电子科技大学 2017
[2]基于压缩感知的DOA估计[D]. 胡斌.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：3239590
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