【摘要】：波達(dá)方向(Direction of Arrival,DOA)估計(jì)是陣列信號(hào)處理中十分重要的組成部分,在雷達(dá)、通信、水聲等領(lǐng)域有著普遍的應(yīng)用。DOA估計(jì)通過(guò)天線(xiàn)陣的接收數(shù)據(jù)來(lái)估計(jì)入射信號(hào)的來(lái)波方向,是波束形成等陣列信號(hào)處理的前提。與此同時(shí),作為高維數(shù)據(jù)的有效降維方法,基于稀疏性的壓縮感知(Compressive Sensing,CS)理論近年來(lái)發(fā)展迅速,并在DOA估計(jì)領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注�；贑S理論的DOA估計(jì)算法相對(duì)于傳統(tǒng)的DOA估計(jì)算法有獨(dú)特優(yōu)勢(shì),尤其是有更加廣泛的適用場(chǎng)景。本文正是研究如何利用CS理論的新成果構(gòu)建適用場(chǎng)景廣泛且性能優(yōu)異的DOA估計(jì)算法。首先,論文介紹了課題的研究背景,概述了DOA估計(jì)的研究進(jìn)展和研究現(xiàn)狀。對(duì)多重信號(hào)分類(lèi)算法和旋轉(zhuǎn)不變子空間技術(shù)這兩類(lèi)算法進(jìn)行了介紹,重點(diǎn)分析了CS理論及基于CS理論的兩種估計(jì)方法,總結(jié)了CS理論應(yīng)用于到達(dá)角估計(jì)中的一般方法和步驟。其次,就采用CS的DOA估計(jì)中的無(wú)網(wǎng)格化處理進(jìn)行了研究,提出了基于最小二乘余量CS的網(wǎng)格校正的DOA估計(jì)算法。在應(yīng)用CS于DOA估計(jì)時(shí)需要對(duì)角度空間進(jìn)行網(wǎng)格化,從而不可避免的帶來(lái)網(wǎng)格效應(yīng)。而壓縮感知的新進(jìn)展無(wú)網(wǎng)格壓縮感知和貝葉斯壓縮感知,可以用來(lái)去除網(wǎng)格效應(yīng),在高信噪比情形擁有較好的性能。通過(guò)仿真驗(yàn)證了這幾種網(wǎng)格校正的DOA估計(jì)算法的有效性,與含有網(wǎng)格效應(yīng)的算法的對(duì)比表明此類(lèi)算法在高信噪比情形有一定的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)仿真,也驗(yàn)證了提出的算法與傳統(tǒng)算法相比有更低的計(jì)算復(fù)雜度和更高的估計(jì)精度。最后,對(duì)單比特量化情形的DOA估計(jì)展開(kāi)了深入研究,提出了基于分類(lèi)機(jī)器學(xué)習(xí)算法的無(wú)網(wǎng)格單比特DOA估計(jì)算法。單比特量化下的陣列信號(hào)處理技術(shù)在未來(lái)的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中有著非常廣泛的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)單比特DOA估計(jì)算法需要大量的快拍數(shù)才能獲得比較精確的協(xié)方差矩陣的估計(jì),而基于壓縮感知的單比特DOA估計(jì)算法在單快拍情形也是適用的。本文提出利用信號(hào)的稀疏性從而將單比特DOA估計(jì)建模為分類(lèi)問(wèn)題的可行性,并提出一種基于分類(lèi)算法的單比特DOA估計(jì)算法,該算法同時(shí)利用一致性重建以去除網(wǎng)格效應(yīng)。仿真結(jié)果表明,該算法相對(duì)于現(xiàn)有的單比特DOA估計(jì)算法有更高的估計(jì)精度和更廣泛的適用場(chǎng)景。
【圖文】：

圖 1-1 論文的主要框架第 2 章研究了傳統(tǒng)波達(dá)方向估計(jì)的基礎(chǔ)理論以及壓縮感知在 DOA 估典應(yīng)用。首先介紹了陣列接收的數(shù)據(jù)模型以及基于子空間理論的多重算法和旋轉(zhuǎn)不變子空間技術(shù)，子空間類(lèi)方法是后續(xù)方法比較或者改進(jìn)對(duì)利用角度離散化處理的 L1-SVD 和利用 OMP 的 DOA 估計(jì)方法進(jìn)行及算法的仿真。第 3 章是本文的重點(diǎn)內(nèi)容，分析了角度離散化所帶來(lái)的網(wǎng)格效應(yīng)，研網(wǎng)格效應(yīng)的一些方法。一種是借助于原子范數(shù)，直接在連續(xù)域進(jìn)行處疏恢復(fù)轉(zhuǎn)化為一個(gè)等價(jià)的 SDP 問(wèn)題。另一種是在網(wǎng)格劃分之后的網(wǎng)通過(guò)貝葉斯學(xué)習(xí)等方式可以獲得校正值進(jìn)而最終獲得去除了網(wǎng)格效應(yīng)計(jì)結(jié)果。在本章我們?cè)O(shè)計(jì)了一種在已知前一時(shí)刻信息的網(wǎng)格校正的 D方法。第 4 章是本文的核心內(nèi)容，研究了單比特量化情形的 DOA 估計(jì)。在于稀疏一致性重建的單比特 DOA 估計(jì)方法的基礎(chǔ)上，提出了將單比DOA 估計(jì)建模為分類(lèi)問(wèn)題的可行性，并且提出了一種去除了網(wǎng)格效應(yīng) DOA 估計(jì)算法，仿真分析了其有效性，該方法在未來(lái)的大規(guī)模 MIM

子空間的算法進(jìn)行研究。然后介紹了 CS 相關(guān)理論，包括其探究 CS 在 DOA 估計(jì)中的應(yīng)用，為后續(xù)章節(jié)對(duì) DOA 估計(jì)的。波達(dá)方向估計(jì)簡(jiǎn)介的研究對(duì)象是窄帶入射信號(hào)下的線(xiàn)陣的波達(dá)方向估計(jì)，本節(jié)勻線(xiàn)陣接收數(shù)據(jù)模型，并介紹兩種子空間類(lèi)的算法。陣的數(shù)據(jù)模型OA 估計(jì)相關(guān)理論中，算法均依托于具體的陣列模型和對(duì)于設(shè)。如果數(shù)據(jù)模型或者相應(yīng)的假設(shè)發(fā)生變換，則相應(yīng)的算法改。在一般的波達(dá)方向估計(jì)理論中，采用的是均勻直線(xiàn)陣列ray，ULA）。直線(xiàn)指的是陣列天線(xiàn)排列在一條直線(xiàn)上，，均勻勻也即陣元間距相同，并且此處的天線(xiàn)均為各向同性的天線(xiàn)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TN911.7

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 胡南;基于稀疏重構(gòu)的陣列信號(hào)波達(dá)方向估計(jì)算法研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 馬文潔;貝葉斯壓縮感知在DOA估計(jì)中的應(yīng)用研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

2 李佳;壓縮感知中重建算法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2553544