近年來,軍用、民用和現(xiàn)代醫(yī)療等領(lǐng)域均涉及到陣列信號(hào)處理,其目的是通過不同的算法處理回波信號(hào),將其中無用的干擾和噪聲抑制掉,突出有用的信號(hào),并從中獲取人們感興趣的信息�？臻g譜估計(jì),也就是陣列信號(hào)處理領(lǐng)域中的波達(dá)角度估計(jì)（Direction Of Arrival,DOA）技術(shù),在實(shí)際應(yīng)用中被廣泛應(yīng)用,主要是為了對(duì)空間接收到的信號(hào)進(jìn)行精確的參數(shù)估計(jì)。相比于孔徑大小為幾十個(gè)波長的大孔徑陣列,小孔徑陣列指陣列孔徑與信號(hào)波長相當(dāng)或者僅為幾個(gè)波長的陣列。此時(shí),在進(jìn)行信號(hào)DOA估計(jì)時(shí),會(huì)導(dǎo)致算法的估計(jì)性能變差。壓縮感知理論（Compressed Sensing,CS）不要求采樣率超過信號(hào)的二倍帶寬,只需要較低的采樣率即可實(shí)現(xiàn)信號(hào)重構(gòu),剛好與小孔徑陣列的特點(diǎn)相符合。本文針對(duì)小孔徑陣列的約束性,對(duì)小孔徑陣列背景下的DOA估計(jì)問題進(jìn)行了深入分析,研究了基于CS的DOA估計(jì)算法及其網(wǎng)格劃分問題,并針對(duì)非相干信號(hào)和相干信號(hào)兩種背景下的情況進(jìn)行了仿真,結(jié)果表明,基于CS的DOA估計(jì)能夠克服小孔徑帶來的不利影響,提高分辨力和估計(jì)精度,適應(yīng)性較強(qiáng),有重要的應(yīng)用價(jià)值。在此基礎(chǔ)上,研究了基于CS的小孔徑陣列DOA估計(jì)的實(shí)... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文8第2章陣列信號(hào)的DOA估計(jì)2.1引言空間譜估計(jì)，也就是估計(jì)回波信號(hào)的波達(dá)角度等參數(shù)，其處理系統(tǒng)通常由空間多傳感器陣列構(gòu)成，可以對(duì)空間回波信號(hào)各種參數(shù)的進(jìn)行準(zhǔn)確估計(jì)力，使人們可以得到需要的信號(hào)的各項(xiàng)特征，即回波信號(hào)所攜帶的目標(biāo)位置以及速度等信息。波達(dá)角度（DirectionOfArrival，DOA）估計(jì)主要是處理被陣列接收的空間信號(hào)，是空間譜估計(jì)最主要的環(huán)節(jié)之一，一直在雷達(dá)信號(hào)處理領(lǐng)域具有舉足輕重的地位。目前，針對(duì)DOA估計(jì)技術(shù)已經(jīng)提出了很多成熟的經(jīng)典算法，如多重信號(hào)分類算法（MultipleSignalClassification，MUSIC）、旋轉(zhuǎn)移不變算法（EstimatingSignalParameterviaRotationalInvarianceTechniques，ESPRIT）、數(shù)字波束形成算法（DigitalBeamForming，DBF）、平滑MUSIC算法等。在本章中，首先介紹了陣列信號(hào)模型，以及不同經(jīng)典算法的原理，利用MUSIC算法對(duì)陣元間隔為半波長的8陣元陣列和32陣元陣列進(jìn)行仿真分析，得出小孔徑陣列對(duì)DOA估計(jì)分辨率及誤差的影響，并通過蒙特卡洛多次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真結(jié)果的驗(yàn)證工作。2.2陣列信號(hào)模型當(dāng)雷達(dá)發(fā)射電磁波后，設(shè)定從目標(biāo)處反射的回波信號(hào)s(t)從信號(hào)源以角度θ入射到一均勻線陣（UniformLinearArray,ULA）上，并假設(shè)信號(hào)從很遠(yuǎn)的地方入射，當(dāng)陣列與目標(biāo)之間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于陣列的孔徑大小時(shí)，就可以將陣列處的等相位面近似認(rèn)為是一個(gè)平面，這樣就比較容易得出N個(gè)陣元上的窄帶信號(hào)模型[32]。圖2-1遠(yuǎn)場窄帶信號(hào)模型由圖2-1可知，平面波在以非垂直的角度入射陣列時(shí)，到達(dá)不同陣元的時(shí)間是不同的，即波程差形成了一個(gè)以dsin為公差的等差數(shù)列，導(dǎo)致信號(hào)到達(dá)各個(gè)陣元

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文12ESPRIT算法與MUSIC算法相同的是都利用了信號(hào)的協(xié)方差矩陣，即二階累積量進(jìn)行DOA估計(jì)；不同的是MUSIC算法主要基于噪聲子空間的正交性，而ESPRIT算法則得益于信號(hào)子空間的旋轉(zhuǎn)不變性。與MUSIC相比，ESPRIT的優(yōu)點(diǎn)在于具有較小的計(jì)算量，且由于原理的不同，該算法省去了空域譜峰搜索的步驟。2.3.3DBF算法數(shù)字波束形成算法原理為，在均勻線陣的不同的陣元上加上不同大小的權(quán)，權(quán)的大小不同獲得的估計(jì)結(jié)果也會(huì)隨之變化，將加權(quán)并求和后的陣列輸出信號(hào)矢量進(jìn)行仿真，即可實(shí)現(xiàn)DOA估計(jì)。令加權(quán)矢量為：TNwwwW,...,,21(2-22)W中的元素為不同陣元的加權(quán)系數(shù)。則線陣的輸出信號(hào)可以表示為：ttxWy)()(H(2-23)其中y(t)即為最終得到的輸出信號(hào)，則均勻線陣最終輸出的總功率為[20]：WRWtytyExxHH)()((2-24)DBF算法的物理意義為：對(duì)不同陣列的輸出矢量加以不同的權(quán)重并求和，可以將陣列的全向方向圖進(jìn)行調(diào)整，將方向圖調(diào)整到感興趣的方向，并增強(qiáng)該方向的增益，相當(dāng)于形成一個(gè)波束，因此稱為數(shù)字波束形成算法。圖2-2為DBF算法的原理圖。圖2-2DBF算法原理圖2.3.4平滑MUSIC算法平滑MUSIC算法是對(duì)MUSIC算法進(jìn)行了改進(jìn)而提出的算法，將信號(hào)的協(xié)方差矩陣進(jìn)行調(diào)整，通過犧牲陣列的有效孔徑實(shí)現(xiàn)信號(hào)的去相關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)相干信

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于空間平滑MUSIC算法的相干信號(hào)DOA估計(jì)[J]. 陳文鋒,吳桂清.  計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件. 2017(11)
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[3]基于似零范數(shù)和混合優(yōu)化的壓縮感知信號(hào)快速重構(gòu)算法[J]. 伍飛云,周躍海,童峰.  自動(dòng)化學(xué)報(bào). 2014(10)
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博士論文
[1]基于壓縮感知的高頻超視距雷達(dá)超分辨方法研究[D]. 吳小川.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[2]基于稀疏信號(hào)重構(gòu)的空間譜估計(jì)算法研究[D]. 劉寅.西安電子科技大學(xué) 2012

碩士論文
[1]寬帶陣列信號(hào)DOA估計(jì)算法研究[D]. 張濤濤.南京大學(xué) 2017
[2]基于CUDA的壓縮感知DOA估計(jì)算法的研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 楊航.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[3]基于梯度下降和互補(bǔ)濾波的快速姿態(tài)解算算法研究[D]. 陳建翔.天津大學(xué) 2016
[4]基于GPU的圖像壓縮感知算法并行化研究[D]. 董蕾.電子科技大學(xué) 2015
[5]基于CUDA的FFT并行計(jì)算研究[D]. 王櫻.湖南大學(xué) 2012
[6]陣列信號(hào)處理中DOA估計(jì)及DBF技術(shù)研究[D]. 趙娜.電子科技大學(xué) 2007
[7]陣列信號(hào)處理中的DOA估計(jì)技術(shù)研究[D]. 白玉.哈爾濱工程大學(xué) 2006



本文編號(hào)：3453765