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處理,其目的是通過不同的算法處理回波信號,將其中無用的干擾和噪聲抑制掉,突出有用的信號,并從中獲取人們感興趣的信息�？臻g譜估計,也就是陣列信號處理領(lǐng)域中的波達角度估計（Direction Of Arrival,DOA）技術(shù),在實際應(yīng)用中被廣泛應(yīng)用,主要是為了對空間接收到的信號進行精確的參數(shù)估計。相比于孔徑大小為幾十個波長的大孔徑陣列,小孔徑陣列指陣列孔徑與信號波長相當或者僅為幾個波長的陣列。此時,在進行信號DOA估計時,會導(dǎo)致算法的估計性能變差。壓縮感知理論（Compressed Sensing,CS）不要求采樣率超過信號的二倍帶寬,只需要較低的采樣率即可實現(xiàn)信號重構(gòu),剛好與小孔徑陣列的特點相符合。本文針對小孔徑陣列的約束性,對小孔徑陣列背景下的DOA估計問題進行了深入分析,研究了基于CS的DOA估計算法及其網(wǎng)格劃分問題,并針對非相干信號和相干信號兩種背景下的情況進行了仿真,結(jié)果表明,基于CS的DOA估計能夠克服小孔徑帶來的不利影響,提高分辨力和估計精度,適應(yīng)性較強,有重要的應(yīng)用價值。在此基礎(chǔ)上,研究了基于CS的小孔徑陣列DOA估計的實... 

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

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學位級別】：碩士

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本文的主要研究內(nèi)容

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文8第2章陣列信號的DOA估計2.1引言空間譜估計，也就是估計回波信號的波達角度等參數(shù)，其處理系統(tǒng)通常由空間多傳感器陣列構(gòu)成，可以對空間回波信號各種參數(shù)的進行準確估計力，使人們可以得到需要的信號的各項特征，即回波信號所攜帶的目標位置以及速度等信息。波達角度（DirectionOfArrival，DOA）估計主要是處理被陣列接收的空間信號，是空間譜估計最主要的環(huán)節(jié)之一，一直在雷達信號處理領(lǐng)域具有舉足輕重的地位。目前，針對DOA估計技術(shù)已經(jīng)提出了很多成熟的經(jīng)典算法，如多重信號分類算法（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模型，以及不同經(jīng)典算法的原理，利用MUSIC算法對陣元間隔為半波長的8陣元陣列和32陣元陣列進行仿真分析，得出小孔徑陣列對DOA估計分辨率及誤差的影響，并通過蒙特卡洛多次實驗進行仿真結(jié)果的驗證工作。2.2陣列信號模型當雷達發(fā)射電磁波后，設(shè)定從目標處反射的回波信號s(t)從信號源以角度θ入射到一均勻線陣（UniformLinearArray,ULA）上，并假設(shè)信號從很遠的地方入射，當陣列與目標之間的距離遠遠大于陣列的孔徑大小時，就可以將陣列處的等相位面近似認為是一個平面，這樣就比較容易得出N個陣元上的窄帶信號模型[32]。圖2-1遠場窄帶信號模型由圖2-1可知，平面波在以非垂直的角度入射陣列時，到達不同陣元的時間是不同的，即波程差形成了一個以dsin為公差的等差數(shù)列，導(dǎo)致信號到達各個陣元

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文12ESPRIT算法與MUSIC算法相同的是都利用了信號的協(xié)方差矩陣，即二階累積量進行DOA估計；不同的是MUSIC算法主要基于噪聲子空間的正交性，而ESPRIT算法則得益于信號子空間的旋轉(zhuǎn)不變性。與MUSIC相比，ESPRIT的優(yōu)點在于具有較小的計算量，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結(jié)果也會隨之變化，將加權(quán)并求和后的陣列輸出信號矢量進行仿真，即可實現(xiàn)DOA估計。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)。則線陣的輸出信號可以表示為：ttxWy)()(H(2-23)其中y(t)即為最終得到的輸出信號，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行調(diào)整，將方向圖調(diào)整到感興趣的方向，并增強該方向的增益，相當于形成一個波束，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MUSIC算法進行了改進而提出的算法，將信號的協(xié)方差矩陣進行調(diào)整，通過犧牲陣列的有效孔徑實現(xiàn)信號的去相關(guān)，從而實現(xiàn)相干信

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于空間平滑MUSIC算法的相干信號DOA估計[J]. 陳文鋒,吳桂清.  計算機應(yīng)用與軟件. 2017(11)
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[4]基于壓縮感知的DOA估計稀疏化模型與性能分析[J]. 林波,張增輝,朱炬波.  電子與信息學報. 2014(03)
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博士論文
[1]基于壓縮感知的高頻超視距雷達超分辨方法研究[D]. 吳小川.哈爾濱工業(yè)大學 2015
[2]基于稀疏信號重構(gòu)的空間譜估計算法研究[D]. 劉寅.西安電子科技大學 2012

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



本文編號：3453765