基于KR子空间的DOA估计算法研究和性能分析

发布时间：2017-09-01 03:27

  本文关键词：基于KR子空间的DOA估计算法研究和性能分析

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【摘要】：波达方向角(Direction of Arrival,DOA)估计是阵列信号处理的一个重要研究方向,在语音、通信、雷达、声呐等领域具有广泛应用。如何在阵元个数较少的情况下估计出更多信源的波达方向角是DOA估计中的一个重要问题,也称为欠定情况下的DOA估计问题。而利用Khatri-Rao(KR)子空间构造虚拟阵列是解决该问题的一种有效解决方案。本文从基本的KR子空间方法出发,研究了一系列利用虚拟阵列进行DOA估计的方法,并就如何提高阵列自由度(Degree of Freedom,DOF)、如何提高基于KR子空间的DOA估计方法的性能等问题,提出了改进的算法。本文主要工作如下:首先研究了空间谱估计的理论基础。对阵列信号的数学模型、阵列几何分布模型、以及子空间DOA估计的基本原理进行了推导分析;接着从窄带阵列信号与宽带阵列信号两个方向出发,研究了基于均匀线性阵列的KR子空间DOA估计问题。介绍了KR积的定义,研究了基本的KR子空间算法以及消除噪声协方差、降低运算维度的方法,并研究了宽带阵列信号的KR子空间算法;本文还重点研究了非均匀线阵的KR子空间DOA估计问题。以二阶嵌套阵为例,详细地研究了非均匀线阵中利用空间平滑技术的DOA估计方法,并通过仿真实验,验证了嵌套阵以及其余几种非均匀线阵的KR子空间DOA估计方法;本文从三个方面对基于KR子空间的DOA估计新方法进行了探索,并通过实验对所提出的新方法进行了仿真验证和性能分析,具体包括:1)本文基于均匀线性阵列和嵌套阵列提出了实数化KR子空间方法,与复数域的KR方法相比,此方法的运算量在子空间分解以及谱峰搜索方面都有所降低。通过设计一个特殊的转换矩阵,在将数据从复数域转换到实数域的同时,消除了噪声的影响。2)为了进一步提升自由度,本文提出了一种新的嵌套阵列几何结构。基于新几何结构嵌套阵的实数化KR子空间方法可以估计更多的信源波达角并且降低运算量。3)考虑到准平稳信号局部序列功率谱平稳的特点,本文对局部协方差矩阵进行匹配,提出了一种将整体MUSIC空间谱与局部匹配谱结合起来的新想法。该方法能够克服原来KR子空间方法需要大量快拍数的缺陷。
【关键词】：欠定波达方向角估计 Khatri-Rao子空间 非均匀线性阵列 自由度 协方差矩阵
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN911.7
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 研究背景与研究意义10-11
• 1.2 国内外研究现状及发展态势11-15
• 1.2.1 基于子空间的窄带DOA估计12-13
• 1.2.2 宽带阵列信号的DOA估计13-14
• 1.2.3 基于KR积的DOA估计算法14-15
• 1.3 主要内容及结构安排15-17
• 第二章 空间谱估计的理论基础17-27
• 2.1 引言17
• 2.2 阵列信号的数学模型17-21
• 2.2.1 窄带和宽带信号模型19-21
• 2.2.2 准平稳信号模型21
• 2.3 传感器阵列模型21-24
• 2.3.1 均匀线性阵列模型22
• 2.3.2 非均匀线性阵列22-24
• 2.4 空间谱估计的基本原理24-26
• 2.5 自由度的定义26
• 2.6 本章小结26-27
• 第三章 均匀线性阵列的KR子空间DOA估计方法27-43
• 3.1 引言27
• 3.2 基于KR子空间的窄带DOA估计方法27-36
• 3.2.1 相关假设及模型27-28
• 3.2.2 算法基本原理28-31
• 3.2.3 算法流程31-33
• 3.2.4 仿真实验与分析33-36
• 3.3 基于KR子空间的宽带DOA估计方法36-42
• 3.3.1 算法基本原理36-39
• 3.3.2 算法流程39-40
• 3.3.3 仿真实验与分析40-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第四章 非均匀线性阵列的KR子空间DOA估计方法43-56
• 4.1 引言43
• 4.2 基于差分共形阵的非均匀阵基本原理43-45
• 4.3 基于嵌套阵的KR子空间DOA估计方法45-50
• 4.3.1 算法基本原理45-49
• 4.3.2 算法流程49-50
• 4.4 仿真实验与分析50-54
• 4.5 本章小结54-56
• 第五章 KR子空间DOA估计算法的改进56-68
• 5.1 引言56
• 5.2 嵌套阵几何结构的改进56-57
• 5.3 协方差矩阵实数化的KR子空间DOA估计算法57-63
• 5.3.1 均匀线性阵列的协方差矩阵实数化58-60
• 5.3.2 非均匀线性阵列的协方差矩阵实数化60-61
• 5.3.3 仿真实验与分析61-63
• 5.4 基于局部协方差匹配的KR子空间DOA估计方法63-67
• 5.4.1 算法基本原理63-64
• 5.4.2 算法流程64-65
• 5.4.3 仿真实验与分析65-67
• 5.5 本章小结67-68
• 第六章 总结及展望68-70
• 6.1 总结68-69
• 6.2 展望69-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-75
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果75-76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 于红旗;黄知涛;刘剑;周一宇;;TOFS:一种新的宽带源DOA估计算法(英文)[J];宇航学报;2007年05期

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本文编号：769670