基于张量的信号波达方向估计方法研究

发布时间：2022-02-18 13:50

　　阵列信号处理中的信号波达方向（Direction of Arrival,DOA）估计技术在雷达、通信、语音处理等领域有着重要的应用价值。传统的DOA估计算法在大样本数,信号源彼此独立且数目不超过阵列最大信源分辨个数的情况下具有良好的估计性能。但是在实际工作场景中这些条件很难满足。当阵列结构比较复杂时,不理想的工作条件对DOA估计算法的影响更为严重。随着对系统性能的要求不断提高,需要DOA估计算法能够应对更加苛刻的工作条件。传统的DOA估计方法将阵列接收到的样本存储为一维向量或者二维矩阵,忽略了多维阵列隐藏的高维结构。张量理论能够最大程度保留样本的多维结构信息,进而提升系统信源辨识性和DOA估计的准确性。本文结合张量理论,着重研究了三种相对比较苛刻条件下的DOA估计算法,即欠定条件,小样本数和相干信号情况下的DOA估计问题。本文以多种典型阵列为例研究基于张量的DOA估计算法,说明基于张量的方法具有较广的应用范围。主要研究内容概括如下:（1）针对大样本数且信号彼此独立,但是信源数超过阵列最大信源分辨能力的欠定情况,结合差分阵列扩展阵列孔径解决欠定问题的思想,提出基于两种典型阵列的欠定DOA... 

【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】：157 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景、研究目的和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 阵列信号DOA估计算法
        1.2.2 欠定条件的DOA估计算法
        1.2.3 小样本条件的DOA估计算法
        1.2.4 相干信号条件的DOA估计算法
        1.2.5 典型多维阵列DOA估计算法
    1.3 张量代数在DOA估计算法中的应用
    1.4 论文的主要工作及内容安排
第2章 典型阵列DOA估计算法与张量基础
    2.1 引言
    2.2 阵列信号的矩阵建模
        2.2.1 基本假设
        2.2.2 阵列信号模型
    2.3 基于矩阵的DOA估计算法
        2.3.1 子空间类算法
        2.3.2 最大似然算法
        2.3.3 克拉美劳界
    2.4 阵列信号的张量建模
        2.4.1 张量表示
        2.4.2 张量基本运算
        2.4.3 多维阵列建模
    2.5 基于张量的DOA估计算法
        2.5.1 平行因子分解
        2.5.2 高阶奇异值分解
    2.6 性能分析
        2.6.1 基于矩阵的子空间偏移分析
        2.6.2 基于张量的子空间偏移分析
    2.7 本章小结
第3章 欠定条件基于张量的DOA估计方法
    3.1 引言
    3.2 差分阵列模型
    3.3 基于均匀圆阵的欠定DOA估计算法
        3.3.1 基于矩阵的欠定DOA估计算法
        3.3.2 基于平行因子分解的DOA估计算法
        3.3.3 性能分析与仿真结果
    3.4 基于EMVS嵌套阵列的欠定DOA估计算法
        3.4.1 张量建模
        3.4.2 信号DOA和极化参数估计算法
        3.4.3 信号辨识性分析
        3.4.4 嵌套极化阵列的克拉美劳界
        3.4.5 性能分析与仿真结果
    3.5 本章小结
第4章 小样本条件基于张量的DOA估计方法
    4.1 引言
    4.2 多维阵列建模
        4.2.1 双基站MIMO雷达信号模型
        4.2.2 被动接收式方阵
    4.3 基于多线性投影的DOA估计算法
        4.3.1 基于张量的信号子空间
        4.3.2 基于多线性投影的DOA估计器
        4.3.3 多线性投影算法性能推导
        4.3.4 性能分析与仿真结果
            4.3.4.1 理论性能分析
            4.3.4.2 双基站非均匀线阵MIMO雷达
            4.3.4.3 双基站均匀线阵MIMO雷达
            4.3.4.4 方阵
    4.4 基于发射波束成形的MIMO雷达技术
        4.4.1 发射波束成形技术
        4.4.2 基于发射波束成形的MIMO雷达模型
    4.5 基于张量建模的发射波束成形MIMO雷达DOA估计算法
        4.5.1 基于张量的DOA估计算法
        4.5.2 阵列误差的影响与补偿
        4.5.3 克拉美劳界
        4.5.4 性能分析与仿真结果
    4.6 本章小结
第5章 相干信号条件基于张量的DOA估计方法
    5.1 引言
    5.2 信号模型
    5.3 解相干DOA估计算法
        5.3.1 张量建模
        5.3.2 相干DOA估计算法
        5.3.3 极化参数估计
        5.3.4 克拉美劳界
    5.4 性能分析与仿真结果
        5.4.1 理想阵列算法性能分析
        5.4.2 非理想阵列算法性能分析
        5.4.3 相干信号的DOA估计算法性能仿真
        5.4.4 非理想情况下算法仿真分析
        5.4.5 计算复杂度分析
    5.5 本章小结
结论
参考文献
附录A 阵列内插误差与DOA估计误差的关系
    A.1 方向余弦函数的估计误差
    A.2 方向余弦函数偏差与DOA估计偏差的转换
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]L阵基于降维MUSIC的二维DOA与频率估计[J]. 徐乐,吴日恒,张小飞.  系统工程与电子技术. 2019(01)
[2]MIMO雷达技术综述[J]. 赵永波,刘宏伟.  数据采集与处理. 2018(03)
[3]基于交替投影的MIMO雷达信号盲分离算法研究[J]. 唐波,张玉,张浩.  电子学报. 2017(09)
[4]基于DoA的高速场景下大规模MIMO自适应波束成形[J]. 廖勇,李瑜锋,沈轩帆.  通信学报. 2017(06)
[5]稀疏极化敏感阵列的波达方向和极化参数联合估计[J]. 司伟建,周炯赛,曲志昱.  电子与信息学报. 2016(05)
[6]基于分离式电磁矢量传感器阵列的相干信号波达方向估计[J]. 郑桂妹,肖宇,宫健.  系统工程与电子技术. 2016(04)
[7]极化阵列天线的性能优势与应用前景[J]. 徐振海,肖顺平,张光义.  现代雷达. 2008(02)

博士论文
[1]极化敏感阵列信号处理的研究[D]. 徐振海.国防科学技术大学 2004



本文编号：3630949