【摘要】：自適應(yīng)波束形成和波達(dá)方向(Direction of Arrival,DOA)估計(jì)都屬于陣列信號處理技術(shù),在軍事和民用無線通信領(lǐng)域都有重要作用。陣列天線自適應(yīng)波束形成大都需要準(zhǔn)確的期望信號方向信息,與DOA估計(jì)的關(guān)系十分密切。將DOA估計(jì)的結(jié)果作為自適應(yīng)波束形成的先驗(yàn)信息,能夠提高其輸出性能。但是,常規(guī)自適應(yīng)波束形成和DOA估計(jì)方法的性能受限于陣列天線的實(shí)際陣元數(shù)量和孔徑大小,當(dāng)陣列天線處理的信源數(shù)量超過實(shí)際陣列自由度時(shí),常規(guī)自適應(yīng)波束形成方法的輸出性能和常規(guī)DOA估計(jì)方法的分辨性能都會嚴(yán)重下降�；谒碾A統(tǒng)計(jì)量的虛擬天線陣技術(shù)能夠通過構(gòu)造虛擬陣元,增加陣列天線的自由度,并有效擴(kuò)展陣列孔徑,提高陣列天線波束形成的輸出性能和DOA估計(jì)的分辨性能。本論文首先研究基于四階統(tǒng)計(jì)量的虛擬天線陣DOA估計(jì)技術(shù),提高了DOA估計(jì)的分辨性能,為自適應(yīng)波束形成提供更精確的DOA估計(jì)結(jié)果作為先驗(yàn)信息。然后,重點(diǎn)研究了基于四階統(tǒng)計(jì)量的虛擬天線陣波束形成技術(shù),目標(biāo)是提高陣列天線波束形成的輸出性能。主要研究內(nèi)容如下:1.針對陣列天線自適應(yīng)波束形成大都需要準(zhǔn)確的期望信號方向的問題,提出了兩種虛擬天線陣DOA估計(jì)方法,能夠?yàn)樽赃m應(yīng)波束形成提供更精確的DOA估計(jì)結(jié)果。首先通過重構(gòu)四階協(xié)方差矩陣,提出了一種重構(gòu)四階統(tǒng)計(jì)量的多重信號分類(Reconstructed Fourth Order Statistics Based Multiple Signal Classification,RFO-MUSIC)方法,與常規(guī)FO-MUSIC方法相比,在不增加計(jì)算復(fù)雜度的前提下,提高了DOA估計(jì)的分辨性能。然后,在RFO-MUSIC方法的基礎(chǔ)上,結(jié)合共軛虛擬陣列擴(kuò)展技術(shù),提出了一種基于二次虛擬擴(kuò)展的多重信號分類(Twice Virtual Extension MUSIC,TVEM)方法,與現(xiàn)有虛擬天線陣DOA估計(jì)方法相比分辨性能更高,代價(jià)是計(jì)算復(fù)雜度增加。2.針對四階統(tǒng)計(jì)量虛擬天線陣波束形成方法計(jì)算復(fù)雜度較高,無法像常規(guī)自適應(yīng)波束形成方法一樣適用于快速波束形成的問題,提出了一種半虛擬天線陣(Semi Virtual Antenna Array,SVAA)波束形成方法。該方法通過單位矩陣與采樣協(xié)方差矩陣的克羅內(nèi)克積擴(kuò)展協(xié)方差矩陣,利用置零響應(yīng)的線性約束抑制了超自由度干擾;并且根據(jù)單位矩陣和克羅內(nèi)克積的數(shù)學(xué)性質(zhì),推導(dǎo)出了加權(quán)矢量的快速計(jì)算方法,將計(jì)算復(fù)雜度減少至與常規(guī)自適應(yīng)波束形成方法接近。3.針對干擾快速運(yùn)動的情況下,較少的陣列天線實(shí)際陣元數(shù)會限制波束形成零陷展寬方法性能的問題,提出了兩種虛擬天線陣波束形成零陷展寬方法。首先提出了一種基于四階統(tǒng)計(jì)量的協(xié)方差矩陣銳化(Fourth Order Statistics Based Covariance Matrix Taper,FO-CMT)波束形成零陷展寬方法,通過重構(gòu)四階干擾加噪聲協(xié)方差矩陣,并結(jié)合協(xié)方差矩陣銳化技術(shù),提高了陣列天線波束形成零陷展寬的輸出性能。然后,提出了一種基于協(xié)方差矩陣擴(kuò)展的線性約束(Covariance Matrix Expansion Based Linear Constraint Sector Suppressed,CME-LCSS)波束形成零陷展寬方法,通過協(xié)方差矩陣擴(kuò)展,構(gòu)建了更多置零響應(yīng)的線性約束。與目前最先進(jìn)的LCSS波束形成零陷展寬方法相比,CME-LCSS方法的波束形成零陷展寬性能更好,有效地抑制了快速運(yùn)動干擾,提高了陣列天線波束形成的輸出性能。4.針對存在陣列流型誤差的情況下,現(xiàn)有陣列天線波束形成零陷展寬方法的性能都會嚴(yán)重下降的問題,提出了一種抗陣列流型誤差的虛擬天線陣(Virtual Antenna Array Against Array Calibration Errors,VAACE)波束形成零陷展寬方法,VAACE方法結(jié)合不確定集約束和對角加載技術(shù),并擴(kuò)展采樣協(xié)方差矩陣和陣列導(dǎo)向矢量,再根據(jù)校正后的導(dǎo)向矢量構(gòu)建置零響應(yīng)的線性約束。與現(xiàn)有方法相比,VAACE方法的波束形成零陷展寬性能大幅度提高,對陣列流型誤差具有較好的穩(wěn)健性,更好地抑制了快速運(yùn)動干擾,提高了陣列天線波束形成的輸出性能。
【圖文】：

第 1 章 緒論Against Array Calibration Errors, VAACE）波束形成零陷展寬方法，，VAACE 方法結(jié)合不確定集約束和對角加載技術(shù)，并擴(kuò)展采樣協(xié)方差矩陣和陣列導(dǎo)向矢量，再根據(jù)校正后的導(dǎo)向矢量構(gòu)建置零響應(yīng)的線性約束。與現(xiàn)有方法相比，VAACE 方法的波束形成零陷展寬性能大幅度提高，對陣列流型誤差具有較好的穩(wěn)健性，更好地抑制了快速運(yùn)動干擾，提高了陣列天線波束形成的輸出性能，代價(jià)是計(jì)算復(fù)雜度增加。圖 1.1 為本論文的研究內(nèi)容示意圖。

矢量也不同，這是因?yàn)椴煌肷浞轿粚?yīng)的陣元間延遲表達(dá)式不同。下面給出處于空間任意位置的兩個(gè)天線單元間的時(shí)延表達(dá)式，建立空間直角坐標(biāo)系，以一個(gè)陣元作為參考點(diǎn)，使其處于坐標(biāo)原點(diǎn)，另一個(gè)陣元位置的坐標(biāo)為( x , y , z )，如圖2.1所示，圖中●表示陣元。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN911.7

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本文編號：2624038