【摘要】：波達(dá)方向(DOA)估計(jì)是陣列信號(hào)處理中的一個(gè)重要研究內(nèi)容,在雷達(dá)、聲納、通信系統(tǒng)、智能家電以及智能會(huì)議系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用�，F(xiàn)有的絕大多數(shù)DOA估計(jì)算法都是基于陣列流形精確已知的前提下得到的。但是在實(shí)際的工程應(yīng)用中,真實(shí)的陣列流形往往會(huì)隨著氣候、環(huán)境以及器件本身的變化而出現(xiàn)一定程度的偏差。此時(shí),這些算法的估計(jì)性能會(huì)嚴(yán)重惡化,甚至失效。因此,研究陣列誤差條件下的DOA估計(jì)算法具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值,也是近年來陣列信號(hào)處理領(lǐng)域的一個(gè)重要方向。本文主要針對三種典型陣列誤差條件下的DOA估計(jì)問題展開研究,提出了幾種有效的自校正算法,主要工作可以概括如下： 首先,對于通道幅相誤差,我們提出了一種基于協(xié)方差矩陣幅值的估計(jì)算法。算法從參數(shù)去“耦合”的角度出發(fā),通過對協(xié)方差矩陣的變換,依次對幅度誤差、信號(hào)方向和相位誤差進(jìn)行估計(jì)。算法不需要迭代,且相位誤差的大小不影響估計(jì)性能,即能獲得獨(dú)立于相位誤差的性能。對于現(xiàn)代通信系統(tǒng)中的幅相誤差自校正問題,所提算法能夠很方便地推廣到非圓信號(hào)的情況。進(jìn)一步我們將算法推廣到四階累積量的情況,利用高階累積量具有抑制高斯噪聲和孔徑擴(kuò)展的能力,四階算法在空間色噪情況下仍然能夠有效地消除通道幅相誤差的影響。 其次,對于陣元間的互耦,我們從信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性出發(fā),提出了兩種互耦自校正算法�，F(xiàn)有的互耦自校正算法,利用陣列的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),將互耦矩陣表示為特殊的矩陣形式,用維數(shù)較低的互耦系數(shù)表征互耦矩陣。為了提高互耦校正的性能,我們考慮利用信號(hào)的特殊統(tǒng)計(jì)特性來設(shè)計(jì)互耦自校正算法。我們提出了兩種算法：第一種算法利用信號(hào)的不相關(guān)性,從協(xié)方差矩陣擬合出發(fā),定義關(guān)于互耦系數(shù)、信號(hào)方向和信號(hào)功率的代價(jià)函數(shù),利用輪換迭代方法進(jìn)行求解,得到信號(hào)方向的估計(jì)。該算法可以適用于均勻線陣、均勻圓陣等特殊陣型,仿真實(shí)驗(yàn)表明該算法在低信噪比情況下能獲得估計(jì)性能的改進(jìn)。第二種算法針對均勻線陣,利用協(xié)方差矩陣和橢圓協(xié)方差矩陣定義代價(jià)函數(shù),通過類似的迭代求解得到互耦系數(shù)的估計(jì)。仿真實(shí)驗(yàn)表明,利用信號(hào)的非圓特性能夠有效地提高自校正算法的性能。 再次,對于陣元位置誤差,我們針對代價(jià)函數(shù)最小化算法依賴于初始值的問題,提出了一種校正算法。鑒于位置誤差可以表示為方向依賴的相位誤差,我們基于MUSIC算法定義一種對于相位誤差具有穩(wěn)健性的空間譜,通過譜峰位置搜索可以得到信號(hào)方向和各信號(hào)導(dǎo)向矢量的估計(jì),再利用導(dǎo)向矢量跟陣元位置的關(guān)系可以求得位置誤差的最小二乘估計(jì)。該算法在獲得初始方向估計(jì)的時(shí)候考慮了位置誤差的影響,在一些傳統(tǒng)算法不能有效分辨信號(hào)的情況下可以對陣列進(jìn)行一定程度的校正,從而保證迭代算法的有效性。 最后,針對非均勻線陣的DOA估計(jì)和互耦自校正問題,從低秩矩陣重構(gòu)的角度出發(fā),我們提出了一種新的增廣協(xié)方差矩陣構(gòu)造算法�，F(xiàn)有的基于協(xié)方差矩陣結(jié)構(gòu)的自校正算法,都只利用了協(xié)方差的托普利茲性。我們考慮利用協(xié)方差矩陣秩的特性來提高重構(gòu)精度,從而獲得更好的誤差校正性能。借鑒近幾年低秩矩陣恢復(fù)的研究成果,我們將增廣協(xié)方差矩陣構(gòu)造問題表示為一個(gè)確定秩的半正定托普利茲矩陣恢復(fù)問題,再利用截?cái)嗪朔稊?shù)規(guī)則化思想對問題進(jìn)行簡化,并通過輪換迭代的方法進(jìn)行求解。利用構(gòu)造的增廣協(xié)方差矩陣,再應(yīng)用傳統(tǒng)的DOA估計(jì)算法即可以得到信號(hào)方向的估計(jì)。
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【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN911.7

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2417989