基于波束空间和差分共阵域的圆阵DOA估计算法研究

发布时间：2021-10-16 23:20

　　波达方向（Direction of Arrival,DOA）估计在通信、雷达等领域有重要理论研究意义和实际应用价值。均匀圆阵（Uniform Circular Array,UCA）因其特殊的阵列结构,既可以提供0?到360?方位角信息,又可以提供俯仰角信息,因此UCA成为一种非常重要的被动测向技术平台。UCA基于波束空间的求根类算法无需复杂的谱峰搜索,有计算复杂度低、估计精度高等优势,因而受到广泛关注和研究。但此类算法的工程应用还面临不少困难,算法的理想模型未考虑实际场景中的不利因素,例如阵元数有限、样本匮乏、存在互耦等非理想条件均能造成该类算法的波束转换（Beamspace Transformation,BT）过程产生较大误差,进而导致DOA估计性能下降。另外,UCA很难对某些复杂环境下的DOA进行有效估计,例如欠定DOA估计场景、非均匀噪声场景等。本文从算法和阵列设计角度出发,致力于保留UCA对二维DOA估计优势的同时研究符合实际应用的波达方向估计问题。首先,针对非理想因素导致BT过程产生的较大误差,本文提出估计精度更高的基于波束空间的改进算法,以提升估计性能并满足实时快速处理的工... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：142 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景、目的和意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究目的和意义
    1.2 基于波束空间和差分共阵域的DOA估计算法研究现状
        1.2.1 DOA估计算法研究概况
        1.2.2 基于波束空间的DOA估计算法研究现状
        1.2.3 基于差分共阵域的DOA估计算法研究现状
    1.3 本文主要研究内容及章节安排
第2章 基于波束空间和差分共阵域的DOA估计算法
    2.1 引言
    2.2 阵列接收信号数学模型
    2.3 基于波束空间的DOA估计算法
        2.3.1 求根MUSIC算法
        2.3.2 UCA-RARE/MUSIC算法
    2.4 基于差分共阵域的DOA估计算法
        2.4.1 稀疏阵列
        2.4.2 基于差分共阵域的DOA估计算法
    2.5 测向性能衡量指标
    2.6 本章小结
第3章 均匀圆阵基于波束空间的一维DOA估计算法
    3.1 引言
    3.2 基于波束空间矩阵更新的DOA估计算法
        3.2.1 现有算法存在的问题
        3.2.2 基于波束空间矩阵更新的求根MUSIC算法
        3.2.3 所提算法性能分析
        3.2.4 仿真实验和结果分析
    3.3 小样本条件基于波束空间矩阵更新的DOA估计算法
        3.3.1 小样本条件基于波束空间矩阵更新的求根MUSIC算法
        3.3.2 所提算法性能分析
        3.3.3 仿真实验和结果分析
    3.4 本章小结
第4章 均匀圆阵互耦条件下基于波束空间的二维DOA估计算法
    4.1 引言
    4.2 互耦条件下信号模型及二维DOA估计算法
        4.2.1 均匀圆阵互耦条件下信号模型
        4.2.2 互耦条件下基于波束空间的二维DOA估计算法
        4.2.3 改进的俯仰角搜索算法
    4.3 互耦条件下基于波束空间数据更新的二维DOA估计算法
        4.3.1 基于波束空间的二维DOA估计算法存在的问题
        4.3.2 基于波束空间数据更新的二维DOA估计算法
        4.3.3 所提算法性能分析
        4.3.4 仿真实验和结果分析
    4.4 本章小结
第5章 稀疏圆阵基于差分共阵域的DOA估计算法
    5.1 引言
    5.2 基于稀疏线阵的差分共阵域伪数据集DOA估计算法
        5.2.1 基于差分共阵域伪数据集DOA估计算法
        5.2.2 仿真实验和结果分析
    5.3 基于嵌套稀疏圆阵的差分共阵域矩阵填充DOA估计算法
        5.3.1 信号模型
        5.3.2 基于差分共阵域矩阵填充DOA估计算法
        5.3.3 所提算法性能分析
        5.3.4 仿真实验和结果分析
    5.4 基于互质稀疏圆阵设计的差分共阵域DOA估计算法
        5.4.1 互质稀疏圆阵设计
        5.4.2 互质稀疏圆阵的优势
        5.4.3 基于互质稀疏圆阵的差分共阵域一维DOA估计
        5.4.4 基于互质稀疏圆阵的差分共阵域二维DOA估计
    5.5 本章小结
结论
参考文献
附录A命题5.1
    A.1(a)的证明
    A.2(b)的证明
附录B命题5.2
附录C命题5.3
    C.1(a)的证明
    C.2(b)的证明
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果
致谢
个人简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]波束空间Toeplitz矩阵重构DOA估计算法研究[J]. 蒲磊,刘德悟.  电子世界. 2019(18)
[2]波束-多普勒酉ESPRIT多目标DOA估计[J]. 文才,吴建新,王彤,周延,彭进业.  电子与信息学报. 2018(05)
[3]一种基于波束空间的相干信号源DoA估计方法[J]. 田蕊,周围,陈林茂.  广东通信技术. 2014(09)
[4]基于Toeplitz矩阵的酉变换波达角估计算法[J]. 韩勇,乔晓林,金铭,曹丙霞.  数据采集与处理. 2011(01)
[5]色噪声背景下相干信源DOA估计的空间差分平滑算法[J]. 齐崇英,王永良,张永顺,陈辉.  电子学报. 2005(07)
[6]一种均匀圆阵DOA估计算法[J]. 张瑾,赵益民,王琦.  空间电子技术. 2004(03)
[7]一种新的相干信源DOA估计算法:加权空间平滑协方差矩阵的Toeplitz矩阵拟合[J]. 王布宏,王永良,陈辉.  电子学报. 2003(09)
[8]相干信源波达方向估计的加权空间平滑算法[J]. 王布宏,王永良,陈辉.  通信学报. 2003(04)
[9]空间平滑差分方法[J]. 叶中付.  通信学报. 1997(09)
[10]利用数据矩阵分解实现对空间相关信号源的超分辨处理[J]. 高世伟,保铮.  通信学报. 1988(01)

博士论文
[1]非理想条件下DOA估计算法研究[D]. 刘婧.哈尔滨工程大学 2018
[2]复杂信号环境下基于斜投影的超分辨测向算法研究[D]. 侯慧军.哈尔滨工业大学 2017
[3]相干信源波达方向估计中的若干问题研究[D]. 钱诚.哈尔滨工业大学 2016
[4]均匀圆阵高效波达方向估计关键技术研究[D]. 刘松.重庆大学 2016



本文编号：3440681