【摘要】：波達方向(DOA)估計是陣列信號處理中的一個重要分支,其在移動通信、電子偵察、無線電頻譜監(jiān)控等領域得到了普遍的應用。其中,對窄帶信號DOA估計的基本算法的研究已日臻完善。但對于在雷達領域有著重要應用價值的寬帶信號,其波達方向估計一直都是陣列信號處理領域的重點和難點。因此,寬帶信號的DOA估計已成為近年來陣列信號處理中一個熱門的研究內容。本文首先介紹和分析了現有的幾種窄帶子空間類DOA估計算法,并對相關算法的估計性能做了比較分析。在窄帶子空間類DOA估計理論的基礎上,針對越來越廣泛使用的寬帶信號,研究其高分辨DOA估計算法。文中介紹了兩種典型的寬帶信號DOA估計算法——ISM算法和CSM算法。對于CSM算法,本文介紹了其基本理論,并描述了聚焦矩陣和聚焦頻率的選擇問題。文中著重對ISM算法進行了理論分析和研究,并針對傳統(tǒng)ISM算法中子頻帶的能量分布不均和信噪比各不相同而導致的算法估計性能不佳的問題,從算法運算量和低信噪比下算法性能的角度出發(fā),對傳統(tǒng)ISM算法進行改進,從而達到以較少的計算量或在較低信噪比條件下準確估計寬帶信號源的方位。改進的內容如下:1、給出了一種新的寬帶DOA估計算法——root-ISM算法,以多子帶求根的思想實現DOA估計,從而有效地降低原ISM算法的計算量;2、在root-ISM算法的基礎上給出root-WISM算法,該算法以子頻帶能量對DOA估計結果的加權平均取代子頻帶DOA估計結果的簡單算術平均,改善root-ISM算法在信噪比較低時的估計性能;3、給出另一種在root-ISM算法基礎上改進的f-root-WISM算法,以最大能量頻點子頻帶估計取代多子頻帶綜合估計,進一步降低算法的計算量。針對上述思路對相應算法進行了理論分析和仿真,從而驗證了root-ISM算法及其兩種改進算法的有效性和優(yōu)越性。另外,本文介紹了小波去噪理論,并將其中的小波閾值去噪理論運用于寬帶DOA估計系統(tǒng)中,對ISM算法在低信噪比下的估計性能問題作了進一步的探討,即通過在進行DOA估計之前增加一個小波去噪預處理過程,間接改善算法的估計性能。仿真實驗表明該方案能改善ISM算法的分辨能力并解決低信噪下易出現偽峰的問題。
[Abstract]:Direction of arrival (DOA) estimation is an important branch of array signal processing. It has been widely used in mobile communication, electronic reconnaissance, radio spectrum monitoring and other fields. Among them, the basic algorithm of narrowband signal DOA estimation has been improved day by day. However, for wideband signals with important application value in radar field, the DOA estimation is always the focus and difficulty in array signal processing. Therefore, DOA estimation of wideband signals has become a hot topic in array signal processing in recent years. In this paper, we first introduce and analyze several existing narrowband subspace-like DOA estimation algorithms, and compare and analyze the estimation performance of the related algorithms. Based on the theory of narrowband subspace-like DOA estimation, the high-resolution DOA estimation algorithm is studied for wideband signals which are more and more widely used. This paper introduces two typical DOA estimation algorithms for wideband signalsISM algorithm and CSM algorithm. In this paper, the basic theory of CSM algorithm is introduced, and the selection of focusing matrix and frequency is described. This paper focuses on the theoretical analysis and research of the ISM algorithm, and aims at the problem of poor estimation performance caused by the uneven distribution of energy in the neutron frequency band and the different signal-to-noise ratio (SNR) of the traditional ISM algorithm. From the point of view of computational complexity and performance of the algorithm under low SNR, the traditional ISM algorithm is improved to estimate the azimuth of the wideband signal source accurately with less computation or lower signal-to-noise ratio (SNR). The improved contents are as follows: 1. A new wideband DOA estimation algorithm, root-ISM algorithm, is presented. The DOA estimation is realized by using the idea of multiple subbands to find the root, which effectively reduces the computational complexity of the original ISM algorithm. On the basis of the root-ISM algorithm, the root-WISM algorithm is given. This algorithm replaces the simple arithmetic average of the subband DOA estimation result with the weighted average of the subband energy to the DOA estimation result, and improves the estimation performance of the root-ISM algorithm when the SNR is low. Another f-root-WISM algorithm based on the root-ISM algorithm is presented. In order to reduce the computational complexity of the algorithm, the multi-subband synthetic estimation is replaced by the maximum energy frequency point frequency band estimation. The theoretical analysis and simulation are carried out to verify the effectiveness and superiority of the root-ISM algorithm and its two improved algorithms. In addition, the wavelet denoising theory is introduced, and the wavelet threshold denoising theory is applied to the wideband DOA estimation system. The estimation performance of the ISM algorithm at low SNR is further discussed. In other words, the estimation performance of the algorithm is improved indirectly by adding a wavelet denoising preprocessing process before the DOA estimation. Simulation results show that the proposed scheme can improve the resolution of ISM algorithm and solve the problem that pseudo peaks are easy to appear under low signal noise.
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TN911.7

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本文編號：2168315