【摘要】：信號(hào)的來波方向(Direction of arrival,DOA)估計(jì),即對(duì)感興趣的空域信號(hào)進(jìn)行處理、計(jì)算、實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)到達(dá)方向的估計(jì);然而超分辨測向算法包含非常大的計(jì)算量,硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜,且實(shí)時(shí)性難以滿足實(shí)際的需求。同時(shí),準(zhǔn)確的信源數(shù)估計(jì)是很多空間譜估計(jì)算法的前提,且當(dāng)輻射源數(shù)目估計(jì)出現(xiàn)誤差時(shí)對(duì)算法性能影響嚴(yán)重。因此,研究在未知輻射源數(shù)條件下的波達(dá)方向估計(jì)、降低算法計(jì)算量和復(fù)雜度以及硬件實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)仍有很大的意義。未知信源數(shù)的波達(dá)方向估計(jì)、快速子空間測向算法以及FPGA實(shí)現(xiàn)MUSIC算法是本文的研究重點(diǎn)。本文的工作如下:(1)首先研究了MUSIC算法和求根MUSIC算法,對(duì)均勻直線陣、圓陣和L型陣列模型導(dǎo)向矢量做了分析;對(duì)不同的信源數(shù)估計(jì)算法性能進(jìn)行了仿真對(duì)比;研究了兩種解相干算法,空間平滑算法以及Toeplitz算法。(2)本文提出了兩種改進(jìn)的傳播算子估計(jì)算法,其一是對(duì)傳播算子算法進(jìn)行實(shí)值處理,使得算法的復(fù)數(shù)運(yùn)算轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)數(shù)運(yùn)算,并在算法中引入前后向空間平滑,最后利用求根估計(jì)出輻射源方向;改進(jìn)后的算法進(jìn)一步降低了算法的復(fù)雜度,并且能應(yīng)用于多徑傳播環(huán)境中。其二是通過小波去噪對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理,利用適用于低信噪比條件下的Toeplitz算法對(duì)小波去噪后重新組成的矩陣進(jìn)行變換,最后同樣利用求根估計(jì)出來波方向;該算法提高了輸出信噪比,同時(shí)能夠提高多徑傳播環(huán)境中低信噪比條件下傳播算子的估計(jì)性能。(3)研究了在輻射源數(shù)目未知情況下的波達(dá)方向估計(jì)。針對(duì)MUSIC-like算法計(jì)算量大、不具備解相干能力且易出現(xiàn)偽峰的問題,本文在MUSIC-like算法基礎(chǔ)上提出了一種適用于相干信號(hào)的實(shí)值測向算法。算法的思想源于MUSIC算法和波束形成算法,通過約束條件求得最優(yōu)權(quán)值矢量,使得權(quán)值矢量落在噪聲子空間,由權(quán)值矢量與導(dǎo)向矢量的正交關(guān)系構(gòu)造空間譜。基于實(shí)數(shù)域的特征分解以及求根代替搜索,降低了算法的復(fù)雜度和計(jì)算量;改進(jìn)的算法無需預(yù)先獲知輻射源數(shù)目,在信噪比較低或者快拍數(shù)較小等較差的估計(jì)條件下仍能保持一定的測向性能,降低了出現(xiàn)偽峰的概率,同時(shí)具備解相干能力,在多徑傳播環(huán)境中能夠準(zhǔn)確估計(jì)出輻射源方向。(4)最后,MUSIC算法的硬件實(shí)現(xiàn)�；赯YNQ開發(fā)平臺(tái),在硬件實(shí)現(xiàn)中,PL端實(shí)現(xiàn)MUSIC算法模塊和底層模塊的配置管理,PS端進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析以及系統(tǒng)級(jí)的通信處理功能;FPGA和ARM的結(jié)合應(yīng)用,擴(kuò)大了超分辨測向算法的應(yīng)用范圍。通過FPGA設(shè)計(jì)MUSIC算法的協(xié)方差矩陣、特征分解和譜峰搜索三個(gè)模塊,并給出了Vivado軟件平臺(tái)的仿真輸出結(jié)果,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的可行性。
【圖文】：

第 2 章 DOA 估計(jì)算法概述第 2 章 DOA 估計(jì)算法概述線陣列線陣列的選擇，必須適應(yīng)相應(yīng)的工作環(huán)境，需要考慮的參數(shù)包括形狀、度范圍和陣元數(shù)等。因?yàn)椴糠殖直鏈y向算法只適用于特定的天線陣列線陣形的確定也是超分辨測向算法的選擇的前提。同時(shí)，由于超分辨算題，為了算法功能的實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)，必須限制陣元的數(shù)量；還要求天線陣列與俯仰角的能力。勻直線陣接收模型

1 21 21 221 22 2 2sin sin sin2 2 2( 1) sin ( 1) sin ( 1) sin( ) ( ) ( )1 1 1LLLi LL M Lj d j d j dj M d j M d j M dM LA a a ae e ee e e 陣列接收信號(hào)矩陣為：X (t ) AS (t) N(t)1 2(t) [ (t), (t) (t)]TLS s s s為輻射源構(gòu)成的矩陣， N (t )為噪聲矩陣。直線陣的陣列流形 A 具有范德蒙結(jié)構(gòu)。因此，，均勻線陣具備許多優(yōu)良均可以在均勻直線陣上實(shí)現(xiàn)，然后擴(kuò)展到其他陣列，這是其他陣列勻圓陣接收模型
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN911.7;TN791

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本文編號(hào)：2622467