互质阵列信号处理算法研究
发布时间：2022-02-20 21:17
阵列信号处理在雷达、声呐、地震学、语音识别、射电天文学以及无线通信等领域均有着广泛的应用。与常用的满足空间奈奎斯特采样定理的均匀线性阵列相比,近年来提出的互质阵列作为一种特殊的稀疏阵列,兼备了稀疏感知的优势和质数的独特性质,能够在使用相同个数物理阵元的前提下获得更大的阵列孔径和更高的自由度。换而言之,互质阵列的应用使得在相同的性能需求下,使用更少的物理阵元及相应更低的硬件成本成为可能。本文在综述国内外关于互质阵列信号处理技术最新研究进展的基础上,以互质阵列为研究对象,着重研究了波达方向估计和波束成形这两个阵列信号处理领域的基本问题,并提出了具有高效性和鲁棒性的算法。本文的主要工作如下:1.提出了一种基于虚拟阵列协方差矩阵稀疏重建的互质阵列波达方向估计算法。该算法利用入射信号个数相对于整个空间域所表现出的稀疏特性,将增广虚拟阵列所对应的二阶等价虚拟信号通过一组过完备基进行表示。在此基础上,基于虚拟域协方差矩阵稀疏重建的思想,设计了在稀疏性约束条件下的协方差矩阵拟合误差最小化优化问题,以构建最优稀疏空间功率谱。该算法能够在提升自由度的前提下,同时对信号的波达方向、功率以及信号源个数实现准确...
【文章来源】：浙江大学浙江省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 阵列信号处理技术研究现状
1.2.1 波达方向估计技术
1.2.2 波束成形技术
1.2.3 互质阵列信号处理技术
1.3 本文的主要研究内容与结构安排
1.4 本章小结
第二章 互质阵列信号处理基础
2.1 引言
2.2 互质采样:一种特殊的稀疏采样技术
2.3 互质阵列信号处理的基本原理
2.3.1 互质阵列的结构及优势
2.3.2 互质阵列的信号建模
2.3.3 虚拟域信号参量构造原理
2.4 互质阵列虚拟域信号处理实例
2.4.1 虚拟域子空间类方法
2.4.2 虚拟阵列信号稀疏重建方法
2.5 本章小结
第三章 基于稀疏方法的互质阵列波达方向估计
3.1 引言
3.2 互质阵列波达方向估计的信号模型
3.3 基于协方差矩阵稀疏重建的互质阵列波达方向估计算法
3.3.1 虚拟阵列协方差矩阵的构造
3.3.2 协方差矩阵稀疏重建优化问题设计
3.3.3 基于滑动窗口思想的信源枚举方案
3.3.4 信源功率估计优化
3.3.5 仿真结果分析与讨论
3.4 基于压缩感知的互质阵列波达方向估计算法
3.4.1 互质阵列接收信号的压缩
3.4.2 基于压缩感知的高分辨波达方向估计
3.4.3 高分辨波达方向估计性能分析与讨论
3.4.4 基于压缩感知的自由度增强型波达方向估计
3.4.5 自由度增强型波达方向估计性能分析与讨论
3.5 本章小结
第四章 基于虚拟阵列内插的无网格化互质阵列波达方向估计
4.1 引言
4.2 虚拟阵列内插技术及信号模型
4.3 虚拟阵列等价信号的无网格化表示
4.3.1 多采样虚拟信号的原子范数定义
4.3.2 虚拟域原子范数的性质及推论
4.4 基于内插虚拟阵列协方差矩阵重建的波达方向估计算法
4.4.1 基于原子范数最小化的协方差矩阵无网格化重建优化问题设计
4.4.2 协方差矩阵重建的等价凸优化问题推导
4.4.3 基于内插虚拟阵列协方差矩阵的波达方向估计
4.5 内插虚拟阵列协方差矩阵重建性能分析
4.6 仿真结果分析与讨论
4.6.1 分辨率性能
4.6.2 自由度性能
4.6.3 波达方向估计性能
4.6.4 协方差矩阵重建性能
4.6.5 计算复杂度
4.7 本章小结
第五章 互质阵列自适应波束成形
5.1 引言
5.2 互质阵列波束成形的信号模型
5.3 基于协方差矩阵和导引向量重建的波束成形方法原理
5.4 互质阵列自适应波束成形算法设计
5.4.1 基于分解互质稀疏子阵的波达方向估计
5.4.2 基于互质稀疏子阵协方差矩阵联合优化的功率估计
5.4.3 互质阵列自适应波束成形权重设计
5.5 算法性能分析
5.5.1 用于干扰项分辨的阈值参数设置对重建性能的影响
5.5.2 复杂度对比分析
5.5.3 算法优势性能归纳与流程总结
5.6 鲁棒性测试与分析
5.6.1 实例1: 期望信号导引向量精确已知
5.6.2 实例2: 期望信号观测方向存在固定误差
5.6.3 实例3: 入射信号观测方向存在随机误差
5.6.4 实例4: 波前畸变误差
5.6.5 实例5: 相干源局部散射误差
5.7 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 本文工作总结
6.2 研究展望
参考文献
攻读博士学位期间主要研究成果
本文编号：3635818
【文章来源】：浙江大学浙江省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 阵列信号处理技术研究现状
1.2.1 波达方向估计技术
1.2.2 波束成形技术
1.2.3 互质阵列信号处理技术
1.3 本文的主要研究内容与结构安排
1.4 本章小结
第二章 互质阵列信号处理基础
2.1 引言
2.2 互质采样:一种特殊的稀疏采样技术
2.3 互质阵列信号处理的基本原理
2.3.1 互质阵列的结构及优势
2.3.2 互质阵列的信号建模
2.3.3 虚拟域信号参量构造原理
2.4 互质阵列虚拟域信号处理实例
2.4.1 虚拟域子空间类方法
2.4.2 虚拟阵列信号稀疏重建方法
2.5 本章小结
第三章 基于稀疏方法的互质阵列波达方向估计
3.1 引言
3.2 互质阵列波达方向估计的信号模型
3.3 基于协方差矩阵稀疏重建的互质阵列波达方向估计算法
3.3.1 虚拟阵列协方差矩阵的构造
3.3.2 协方差矩阵稀疏重建优化问题设计
3.3.3 基于滑动窗口思想的信源枚举方案
3.3.4 信源功率估计优化
3.3.5 仿真结果分析与讨论
3.4 基于压缩感知的互质阵列波达方向估计算法
3.4.1 互质阵列接收信号的压缩
3.4.2 基于压缩感知的高分辨波达方向估计
3.4.3 高分辨波达方向估计性能分析与讨论
3.4.4 基于压缩感知的自由度增强型波达方向估计
3.4.5 自由度增强型波达方向估计性能分析与讨论
3.5 本章小结
第四章 基于虚拟阵列内插的无网格化互质阵列波达方向估计
4.1 引言
4.2 虚拟阵列内插技术及信号模型
4.3 虚拟阵列等价信号的无网格化表示
4.3.1 多采样虚拟信号的原子范数定义
4.3.2 虚拟域原子范数的性质及推论
4.4 基于内插虚拟阵列协方差矩阵重建的波达方向估计算法
4.4.1 基于原子范数最小化的协方差矩阵无网格化重建优化问题设计
4.4.2 协方差矩阵重建的等价凸优化问题推导
4.4.3 基于内插虚拟阵列协方差矩阵的波达方向估计
4.5 内插虚拟阵列协方差矩阵重建性能分析
4.6 仿真结果分析与讨论
4.6.1 分辨率性能
4.6.2 自由度性能
4.6.3 波达方向估计性能
4.6.4 协方差矩阵重建性能
4.6.5 计算复杂度
4.7 本章小结
第五章 互质阵列自适应波束成形
5.1 引言
5.2 互质阵列波束成形的信号模型
5.3 基于协方差矩阵和导引向量重建的波束成形方法原理
5.4 互质阵列自适应波束成形算法设计
5.4.1 基于分解互质稀疏子阵的波达方向估计
5.4.2 基于互质稀疏子阵协方差矩阵联合优化的功率估计
5.4.3 互质阵列自适应波束成形权重设计
5.5 算法性能分析
5.5.1 用于干扰项分辨的阈值参数设置对重建性能的影响
5.5.2 复杂度对比分析
5.5.3 算法优势性能归纳与流程总结
5.6 鲁棒性测试与分析
5.6.1 实例1: 期望信号导引向量精确已知
5.6.2 实例2: 期望信号观测方向存在固定误差
5.6.3 实例3: 入射信号观测方向存在随机误差
5.6.4 实例4: 波前畸变误差
5.6.5 实例5: 相干源局部散射误差
5.7 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 本文工作总结
6.2 研究展望
参考文献
攻读博士学位期间主要研究成果
本文编号：3635818
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