综合极化信息的时频波达方向估计及应用

发布时间：2017-08-18 16:12

  本文关键词：综合极化信息的时频波达方向估计及应用

  更多相关文章： 高频地波雷达 空间谱估计 时频分析 极化敏感阵列

【摘要】：空间谱估计技术一直是高频地波雷达阵列信号处理中的重点研究课题。近年来由于海岸占地空间越来越小,使得高频地波雷达阵列天线孔径也在变小,因此利用信号处理技术提高波达方向(DOA)估计算法的精度也变成了研究热点。时频分析方法在处理非平稳信号中有独特的优势,而极化敏感阵列可以敏感到电磁波信号的极化信息,因此本文将以极化敏感阵列为模型,并结合时频分析方法对高频地波雷达回波信号进行波达方向估计,这样可以充分利用到回波信号的空域、时频域以及极化域信息。本文首先介绍了现代空间谱估计技术的原理,包括多重信号分类(MUSIC)算法、旋转不变子空间(ESPRIT)算法以及它们的改进算法,并对它们进行了MATLAB仿真验证,以及实测数据的验证。为提高波达方向估计的精度,引入了时频分析的方法,用时频变换得到的空间时频矩阵代替传统波达方向估计算法中的协方差矩阵可以得到时频MUSIC算法和时频ESPRIT算法。详细分析了两种算法的原理,并通过计算机仿真分析了它们的性能和各自的优缺点,在此基础上对算法进行了一些改进,最后用实测数据进行了验证。为充分利用电磁信号的极化信息,建立了双极化正交偶极子阵列,以此为基础介绍了极化MUSIC算法和极化ESPRIT算法,并通过仿真分析了其性能。然后研究了综合极化信息的时频MUSIC和ESPRIT算法,并结合两者的优缺点提出了改进算法。改进算法是首先用极化时频ESPRIT算法对来波信号确定大致的方位角,然后以每个方位角为中心确定一个小的范围,在此范围内用MUSIC算法谱峰搜索得到较准确的DOA估计值,这样可以在保证DOA估计精度的基础上节省运算时间。最后研究了极化参数对DOA估计的影响,主要包括极化参数的估计误差对波达方向估计的影响以及何种状态的极化信息会使不同信号的估计值精度更高。
【关键词】：高频地波雷达 空间谱估计 时频分析 极化敏感阵列
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN957.51
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题的背景及研究意义9-10
• 1.2 课题的研究现状及分析10-13
• 1.2.1 空间谱估计的研究现状10-11
• 1.2.2 时频空间谱估计的研究现状11-12
• 1.2.3 极化空间谱估计的研究现状12-13
• 1.3 电磁波的极化及其表征13-14
• 1.4 本文的主要研究内容和章节安排14-15
• 第2章 波达方向估计研究15-30
• 2.1 DOA估计基本的阵列信号模型15-17
• 2.2 MUSIC算法17-20
• 2.2.1 MUSIC算法的原理17-18
• 2.2.2 MUSIC算法的性能分析18-20
• 2.3 ESPRIT算法20-27
• 2.3.1 ESPRIT算法的原理20-22
• 2.3.2 ESPRIT算法的改进算法22-25
• 2.3.3 仿真性能分析25-27
• 2.4 雷达时域数据验证27-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 基于时频分析的波达方向估计研究30-50
• 3.1 Wigner-Ville分布30-33
• 3.2 时频DOA估计算法33-42
• 3.2.1 基于双线性变换的空间时频分布矩阵33-35
• 3.2.2 时频MUSIC算法35-38
• 3.2.3 时频ESPRIT算法38-42
• 3.3 改进的时频DOA估计算法42-44
• 3.4 基于交叉项的时频DOA估计算法44-47
• 3.5 雷达实测数据验证47-49
• 3.6 本章小结49-50
• 第4章 综合极化信息的时频DOA估计研究50-73
• 4.1 极化敏感阵列建模50-55
• 4.1.1 电磁信号极化域-空域联合表征50-51
• 4.1.2 极化敏感阵列信号接收模型51-55
• 4.2 综合极化信息的DOA估计研究55-59
• 4.2.1 综合极化信息的MUSIC算法55-58
• 4.2.2 综合极化信息的ESPRIT算法58-59
• 4.3 综合极化信息的时频DOA估计研究59-69
• 4.3.1 空间极化时频分布60-61
• 4.3.2 综合极化信息的时频MUSIC算法61-65
• 4.3.3 综合极化信息的时频ESPRIT算法65-67
• 4.3.4 改进的极化时频DOA估计67-69
• 4.4 极化参数对DOA估计的影响69-72
• 4.5 本章小结72-73
• 结论73-75
• 参考文献75-80
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果80-82
• 致谢82

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本文编号：695492