本文選題：超分辨測向算法 + 被動測向��； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：隨著移動通信、遙測遙感與航空航天等技術(shù)的發(fā)展,依靠目標輻射的電磁信號進行被動方位檢測的技術(shù)越來越受到重視,能夠搭載在艦船、車輛、飛機、衛(wèi)星等移動平臺上的中小型陣列,成為被動測向技術(shù)的重要應(yīng)用平臺。近年來高頻與微波等電子元器件的小型化使得整套天線、微波以及后端處理系統(tǒng)均可集成到很小的空間中,僅占用很小的體積和載荷。但和強大的硬件性能不相匹配,實際使用的被動測向算法測向精度有限,而且難以有效分辨多個空間鄰近信號。近幾十年,以MUSIC與ESPRIT算法為代表的子空間類算法得到廣泛研究,這類算法具備接近克拉美羅界的優(yōu)良測向性能和較強的多信號分辨能力,尤其適用于中小型陣列被動測向系統(tǒng)。但由于工程應(yīng)用中遇到的問題,并未得以廣泛采用。本文針對MUSIC算法在實際系統(tǒng)中遇到的幾種重要問題展開研究,給出了相應(yīng)的解決方案,并自主設(shè)計和實現(xiàn)了一套能夠?qū)嶋H運行MUSIC及其擴展算法的小口徑陣列試驗系統(tǒng)。實際環(huán)境中存在大量窄帶極化信號。利用信號的極化信息提升算法的測向精度與分辨力性能,對被動測向系統(tǒng)有重要意義。文中對常規(guī)MUSIC算法進行了擴展,使其能夠應(yīng)用于極化敏感陣列,并對擴展后MUSIC算法的空間譜性質(zhì)進行了分析,給出一種能夠顯著降低算法運算量的快速極化MUSIC算法,并對極化敏感陣列在算法精度與分辨力性能上帶來的提升進行了理論分析。通過蒙特卡洛仿真說明了算法在精度與分辨力性能上的優(yōu)越性,并給出了計算復(fù)雜度的統(tǒng)計結(jié)果。理論和仿真結(jié)果均說明了算法的有效性。雖然MUSIC等子空間算法具備優(yōu)良的測向與分辨能力,但仍需考慮陣列各類特性對算法的影響,進行合理的陣列設(shè)計以充分發(fā)揮算法性能。陣列的特性主要包括陣元的排列方式及其方向圖特性。與傳統(tǒng)DBF等測向算法相似,MUSIC等子空間算法也存在陣列模糊等問題。僅依靠提高陣元密度來克服陣列模糊,會導(dǎo)致算法的復(fù)雜度過高,而較大的陣列口徑會使需要密集的空間譜采樣計算,提高計算復(fù)雜度。文中設(shè)計了一種由不同口徑陣列合成的組合陣列,利用陣元密集的小口徑陣列避免陣列模糊現(xiàn)象,陣元稀疏的大口徑陣列提高算法的性能,并對MUSIC算法做出一定修改,使得算法的運算量得以降低。在陣元方向圖特性方面,本文提出利用陣元方向圖中的幅度和相位的不一致特性提升算法性能的構(gòu)想并設(shè)計了一種考慮陣元特性的修正MUSIC算法,對該構(gòu)想進行了理論上的驗證。通過蒙特卡洛仿真進一步證實了該方法的可行性。MUSIC等子空間類算法普遍存在難以識別多個相干信號的弱點。實際環(huán)境中,多徑、有源雷達誘餌等因素都會導(dǎo)致相干信號的出現(xiàn)。有效估計相干信號的入射方向,成為子空間算法在實際應(yīng)用中亟待解決的問題�？紤]到中小型陣列通常架設(shè)于移動平臺上,并受到空間前后向平滑解相干算法的啟發(fā),文中研究了一種能夠處理相干信號的方案,并針對平臺移動的速度給出不同方法。對高速平臺和曲線運動平臺的解相干算法進行了較詳細的理論分析,在已知平臺的移動特性、陣列的口徑和信噪比、快拍數(shù)等因素時,可據(jù)此計算陣列能否處理相干信號。文中給出了仿真結(jié)果,說明算法的解相干效果。為證實MUSIC等子空間算法在中小型陣列被動測向系統(tǒng)中的可行性,我們搭建了一個運行快速極化MUSIC算法的被動測向?qū)嶒炏到y(tǒng)。系統(tǒng)采用半徑不超過1倍波長的小型均勻極化敏感圓陣,對較低頻率范圍的信號進行數(shù)據(jù)采集和方位信息估計。實驗取得了較為理想的信號方位估計與分辨結(jié)果。
[Abstract]:With the development of mobile communication, remote sensing and Aeronautics and Astronautics, the technology of passive azimuth detection based on electromagnetic signals from target radiation is becoming more and more important. It can be carried on small and medium array on mobile platforms such as ships, vehicles, aircraft, satellites and so on. It has become an important application platform for dynamic direction finding technology. The miniaturization of wave and other electronic components makes the entire antenna, microwave and back-end processing system can be integrated into small space, taking only a very small volume and load. But it is not matched with the powerful hardware performance. The precision of the passive direction finding algorithm used is limited, and it is difficult to effectively distinguish a number of space adjacent signals. In the past ten years, the subspace class algorithm, represented by MUSIC and ESPRIT algorithm, has been widely studied. This algorithm has excellent direction finding performance and strong multi signal resolution near the crameno boundary. It is especially suitable for small and medium array passive direction finding systems. However, the problems encountered in engineering applications are not widely used. Several important problems encountered in the actual system are studied by MUSIC algorithm, and the corresponding solutions are given. A set of small aperture array test system which can actually run MUSIC and its extended algorithm is designed and implemented independently. There are a large number of narrow band polarization signals in the actual environment. The performance of precision and resolution is of great significance to the passive direction finding system. In this paper, the conventional MUSIC algorithm is extended to be applied to the polarization sensitive array, and the spatial spectrum properties of the extended MUSIC algorithm are analyzed. A fast polarization MUSIC algorithm which can significantly reduce the computation of the algorithm is given, and the polarization sensitive array is also given. The improvement of algorithm precision and resolution performance is analyzed. The superiority of the algorithm in accuracy and resolution performance is illustrated by Monte Carlo simulation, and the statistical results of computational complexity are given. Both the theoretical and simulation results show the effectiveness of the algorithm. Although the MUSIC subspace algorithm has excellent performance, the algorithm is excellent. The ability to measure direction and resolution, but still need to consider the influence of various characteristics of array on the algorithm, and carry out a reasonable array design to give full play to the performance of the algorithm. The characteristics of the array mainly include the arrangement of the array element and the characteristics of its direction map. Similar to the traditional DBF and other algorithms such as the direction finding algorithm, the MUSIC sub space algorithm also has the array ambiguity and so on. High array density to overcome array ambiguity will lead to high complexity of the algorithm, and large array aperture will require intensive spatial spectrum sampling and computational complexity. A combination array composed of different aperture arrays is designed to avoid array ambiguity and sparse array element. The large aperture array improves the performance of the algorithm and makes some modifications to the MUSIC algorithm, which reduces the computational complexity of the algorithm. In the aspect of the character of the array element direction map, this paper proposes a concept of improving the performance of the algorithm by using the inconsistency of the amplitude and phase in the array element direction graph, and sets up a modified MUSIC algorithm considering the characteristic of the array element. Through Monte Carlo simulation, the feasibility of the.MUSIC subspace class algorithm is proved to be difficult to identify multiple coherent signals. In the actual environment, the multipath, active radar decoy and other factors will lead to the emergence of the phase dry signal. Shooting direction is a problem to be solved in practical application. Considering that small and medium array is usually erected on mobile platform and inspired by the algorithm of smoothing the coherent signal before and after space, a scheme to deal with coherent signals is studied in this paper, and different methods are given for the speed of platform movement. The decoherence algorithm of the platform and the motion platform of the curve is analyzed in detail. In the case of the known platform's moving characteristics, the array aperture, the signal to noise ratio, the fast beat number and so on, the array can be calculated if the coherent signal can be processed. The simulation results are given to illustrate the algorithm's decoherence effect. In order to verify the MUSIC subspace algorithm, In the small and medium array passive direction finding system, we have built a passive direction finding experiment system with fast polarization MUSIC algorithm. The system uses a small uniform polarization sensitive circular array with a radius of not more than 1 times the wavelength, and the data acquisition and azimuth information estimation of the signal in the lower frequency range. The experiment is ideal. The estimation of the azimuth and the resolution of the signal.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN911.7

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本文編號：1906434