本文關(guān)鍵詞：雷電探測系統(tǒng)中的信號預(yù)處理及定位算法比較研究

  更多相關(guān)文章： 數(shù)字下變頻 波達(dá)方向估計(jì) MUSIC算法 CAPON算法

【摘要】：雷電作為一種破壞力極強(qiáng)的自然現(xiàn)象,長久以來,雷電帶來了嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。我國非常重視雷電防護(hù),然而由于對雷電過程認(rèn)識(shí)的不足以及測量技術(shù)的有限,已有的雷電特征參數(shù)有限,現(xiàn)有的設(shè)計(jì)還不足以對雷電引起的災(zāi)害進(jìn)行預(yù)防以實(shí)現(xiàn)雷電的預(yù)警和防護(hù),需要設(shè)計(jì)更有效更符合雷電物理機(jī)制的系統(tǒng)對雷電進(jìn)行更準(zhǔn)確有效的探測。為此本文對超高頻(Very High Frequency, VHF)頻段云閃探測系統(tǒng)的信號預(yù)處理過程以及定位方法進(jìn)行了研究。利用MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)得出三種信號波達(dá)方向(Direction Of Arrival,DOA)估計(jì)算法的結(jié)果,同時(shí)對仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析。陣列信號處理系統(tǒng)一般應(yīng)用于VHF頻段雷電探測系統(tǒng)中,首先系統(tǒng)對天線接收到的多路信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,模數(shù)轉(zhuǎn)換后形成多通道高速bit流,最后對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得出雷電定位所需的參數(shù)。而在信號處理過程進(jìn)行之前,需要對天線接收的多路信號進(jìn)行預(yù)處理,一般數(shù)據(jù)預(yù)處理的過程是檢測雷電發(fā)生時(shí)候的狀態(tài)信息、對高速多路信號進(jìn)行數(shù)字下變頻處理和形成協(xié)方差矩陣來估計(jì)波達(dá)方向。為了檢測雷電發(fā)生時(shí)候的狀態(tài)信息,本文使用基于功率檢測最優(yōu)門限法,這種方法可以減小虛警及漏警概率之和。接著利用MATLAB工具對雷電信號的下變頻進(jìn)行仿真,并完成協(xié)方差矩陣估計(jì)值模塊。雷電到達(dá)時(shí)間差法和雷電到達(dá)方位角法是兩種常見的定位方法,在VHF雷電檢測系統(tǒng)中會(huì)用到這兩種定位方法。本文對DOA定位方法的原理及解算方法進(jìn)行了分析,在經(jīng)典算法的基礎(chǔ)上提出改進(jìn)多信號分類(Multiple Signal Classification, MUSIC)算法和一種穩(wěn)健稀疏Capon波束形成算法,并且通過仿真實(shí)驗(yàn)對兩種新型算法和以往算法進(jìn)行性能對比分析,根據(jù)仿真結(jié)果來驗(yàn)證新型算法的性能。對改進(jìn)MUSIC算法、Capon算法以及Delay-Add (延遲-相加)三種算法對DOA估計(jì)的仿真結(jié)果對比分析得到結(jié)論：Capo n算法的DOA估計(jì)性能最佳,改進(jìn)MUSIC算法性能居中,Delay-Add法的性能較改進(jìn)MUSIC算法和Capon算法差。
【關(guān)鍵詞】：數(shù)字下變頻 波達(dá)方向估計(jì) MUSIC算法 CAPON算法
【學(xué)位授予單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN911.7
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 研究的背景與意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究的現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 甚高頻雷電探測系統(tǒng)研究進(jìn)展10-11
• 1.2.2 到達(dá)時(shí)間差法11-13
• 1.2.3 干涉法13-14
• 1.2.4 波達(dá)方向估計(jì)方法14-15
• 1.3 本論文結(jié)構(gòu)安排15-17
• 第二章 VHF頻段雷電信號的數(shù)字接收17-33
• 2.1 數(shù)字下變頻理論17-20
• 2.1.1 信號帶通采樣17-19
• 2.1.2 多速率數(shù)字信號處理19-20
• 2.2 雷電信號數(shù)字下變頻分析20-24
• 2.2.1 工作原理20-23
• 2.2.2 數(shù)字下變頻設(shè)計(jì)及MATLAB仿真實(shí)現(xiàn)23-24
• 2.3 雷電信號數(shù)據(jù)采集24-31
• 2.3.1 數(shù)據(jù)采集處理過程有效性仿真25-29
• 2.3.2 雷電檢測方法29-30
• 2.3.3 雷電檢測仿真分析30-31
• 2.4 本章小結(jié)31-33
• 第三章 一種穩(wěn)健的稀疏Capon波束形成算法33-44
• 3.1 引言33-35
• 3.2 陣列模型及算法原理35-36
• 3.3 穩(wěn)健的稀疏波束形成算法36-42
• 3.3.1 稀疏約束Capon波束形成36-38
• 3.3.2 穩(wěn)健的稀疏約束Capon波束38-39
• 3.3.3 算法性能仿真對比39-42
• 3.4 本章小結(jié)42-44
• 第四章 基于四階累積量的MUSIC算法44-60
• 4.1 引言44
• 4.2 MUSIC算法44-49
• 4.2.1 MUSIC算法原理44-47
• 4.2.2 MUSIC算法實(shí)現(xiàn)47-48
• 4.2.3 MUSIC-like算法原理48-49
• 4.3 改進(jìn)MUSIC-like算法49-51
• 4.4 四階MUSIC算法的性能分析51-59
• 4.4.1 四階MUSIC算法對高斯噪聲抑制分析51-54
• 4.4.2 四階MUSIC算法快拍數(shù)影響54-59
• 4.5 本章小結(jié)59-60
• 第五章 Delay-Add算法、Capon算法和MUSIC算法的DOA估計(jì)效果對比60-68
• 5.1 Delay-Add算法原理60-61
• 5.2 Capon算法的DOA估計(jì)仿真效果61-62
• 5.3 改進(jìn)MUSIC算法與基本MUSIC算法DOA估計(jì)效果對比62-65
• 5.4 Delay-Add算法、Capon算法和改進(jìn)MUSIC算法同一條件下DOA估計(jì)結(jié)果仿真對比65-67
• 5.5 本章小結(jié)67-68
• 第六章 全文總結(jié)與展望68-70
• 6.1 總結(jié)68-69
• 6.2 展望69-70
• 參考文獻(xiàn)70-74
• 攻讀碩士期間的成果74-75
• 致謝75-76
• 作者簡介76
• 基本情況76
• 研究生階段學(xué)位攻讀期間學(xué)習(xí)情況76
• 攻讀碩士學(xué)位期間科研成果76

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本文編號：749107