【摘要】：輻射源位置信息的精確、高效獲取,因其在無線通信、雷達、聲吶、麥克風陣列、射電天文、地震學、臨床醫(yī)療診斷與治療中的廣泛應用,具有重要的實用價值與研究意義。輻射信號的定位通過采集來波空間場分布實施,本論文提出一種輻射源定位的方法,通過將空域定位問題轉換成空間譜域的定位問題,從而實現(xiàn)提高定位精度及定位效率的目的。本論文首先建立了譜域干涉儀方程,通過積分變換將空域測向問題轉換為譜域測向問題,將來波的位置參數(shù)對空間位置的依賴關系映射至空間譜域中對譜值的依賴關系,在譜域中實現(xiàn)了遠場輻射源二維入射角的兩變量分離、近場輻射源入射角與距離參數(shù)的三變量分離。為進行空間譜值的提取,本論文隨后推導了采用傳感器進行空間離散采樣后譜值的計算方法,并將譜域干涉儀方程應用于平面圓陣、平面橢圓陣、立體球面陣對遠場目標的二維測向及平面圓陣對近場目標的三維定位中,實現(xiàn)了二維入射角及三維位置參數(shù)的變量分離,建立了位置信息與采樣數(shù)據(jù)之間的解析表達式,輻射源位置參數(shù)通過顯式代數(shù)運算獲得。隨后將譜域干涉儀方程應用于平面圓陣、立體球面陣測向。建立了圓周及球面相位分布的譜域表達式,在譜域?qū)崿F(xiàn)了二維入射角的變量分離。采用傅氏級數(shù)作為基函數(shù),得到了離散采樣獲取譜值的解析表達式,并推導出通過離散采樣值計算二維入射角的代數(shù)關系式。根據(jù)傅氏采樣定理證明了采用圓陣及球面陣進行二維測向的最小陣元數(shù)。本論文還推導了測向精度的理論下限,并通過對比基于譜域干涉儀方程的測向精度,表明譜域干涉儀方程應用于平面圓陣及立體球面陣時為無偏估計,且實現(xiàn)了最優(yōu)估計。通過Parseval定理解釋了譜域干涉儀方程的數(shù)學內(nèi)涵。最后通過數(shù)值仿真與試驗測試結果表明了該方法的有效性。規(guī)則陣列不僅可用于對遠場目標的測向,還能對近場目標進行定位�；趫A陣的旋轉對稱特性以及近場來波的球面波前特性,本論文同樣提出了譜域變換方法,將目標位置的三維參數(shù)分離至譜域的兩階譜上,實現(xiàn)了三維參數(shù)的解析求解。通過采樣定理證明了采用圓陣進行三維定位的最小陣元數(shù)。本論文還分析布陣形式對距離估計精度的影響。譜域干涉儀方程方法采用來波的相位信息進行目標定位,鑒于相位系統(tǒng)存在輸出以2π為周期翻轉的相位模糊問題,本論文提出兩種解模糊方法,一是采用所有單元信息求解模糊數(shù),通過模糊數(shù)為整數(shù)的特點進行整數(shù)搜索,并恢復得到實際相位值;二是基于圓陣的旋轉對稱特性縮小模糊區(qū),采用圓陣的高階差分不變性縮減相位分布的值域,同時不引入測向誤差,使得解模糊與定位可以合并為統(tǒng)一步驟、通過代數(shù)運算完成。本論文還分析了采用高階差分旋轉不變性正確解模糊的概率。最后通過仿真與測試結果表明了該方法的有效性。本論文的以上內(nèi)容基于采用固定陣列同時采集來波的空間場分布完成輻射源定位的方法,需要較多的天線以及對應的接收通道。本論文還重點研究了采用簡單的系統(tǒng)架構估計多個寬帶時變信號參數(shù)的新方案,即通過一定的積累時間換取硬件規(guī)模的精簡,提出采用圓合成孔徑陣、僅用兩個旋轉天線的方法,估計多個輻射源的入射角信息,并同時進行目標的分選。本論文提出了將積累周期內(nèi)接收到的來自多個輻射源的交錯信號進行分解、并分別獨立地估計單個輻射源入射角參數(shù)的解決方案。為了同時實現(xiàn)多個參數(shù)的聯(lián)合估計,即二維入射角和信號分選,本論文提出采用最大期望算法,將一個高維多參數(shù)優(yōu)化問題分解成多個并行的低維問題進行求解,并采用迭代算法交替進行輻射源的分選與定位。除此以外,本論文還推導出基于來波相位進行二維入射角解算的最大似然方法解析表達式。分析了該方法的精度,并對比圓合成孔徑陣的理論下限,表明該方法實現(xiàn)了最優(yōu)估計。相位模糊問題通過旋轉產(chǎn)生的采樣位置的多樣性,并基于接收信號的復數(shù)響應進行解算。通過仿真結果驗證了本方案的有效性。
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN92

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本文編號：2588716