基于NC-MUSIC的实用超分辨测向算法研究

【摘要】： 空间超分辨技术是一种阵列信号处理技术,它拥有比传统波束形成方法更高的分辨力。由于其具有较好的估计性能,目前已被广泛应用于通信、雷达、医学成像以及地质勘探等领域。随着电磁环境复杂性的增加,面向实际背景的超分辨测向技术得到了越来越多的关注,本课题主要研究基于实际应用中的超分辨测向技术。 本文主要研究了在均匀线阵情况下,非圆信号超分辨测向算法及其改进算法,以及在均匀圆阵及N+1型圆阵的阵列情况下,使用MUSIC(Multiple Signal Classification)算法的测向性能。主要工作概括如下: 首先,给出均匀线阵的数学模型,用矩阵形式表示阵元输出和阵列流型,为超分辨算法的推导提供方便。介绍了非圆信号的定义,非圆率的定义,并给出了非圆信号的数学模型,为下文非圆信号超分辨算法提供了预备知识。 第二,采用了经典MUSIC算法对传统窄带信号模型的波达方向进行了估计,并且给出了相应的仿真图和结果分析。随后,对于非圆信号,给出了NC-MUSIC(Non-circular MUSIC)算法,并使用其对一种最大非圆率信号:BPSK信号进行波达方向估计,给出了仿真图和结果分析,并对比相同条件下MUSIC算法和NC-MUSIC算法的性能。 第三,针对NC-MUSIC算法使用特征值分解运算过于复杂的特点,引入了一种直接用协方差矩阵构造噪声子空间的算法:SWEDE(Subspace Method without Eigendecomposition)算法,并对其进行仿真实验和结果分析。为了将非圆信号的特性用于这种算法,提出了NC-SWEDE(Non-circular SWEDE)算法和酉SWEDE算法,并使用BPSK信号对其进行仿真分析,比较这两种算法的测向性能;最后,通过比较NC-MUSIC算法,NC-SWEDE算法和酉SWEDE算法的计算时间来间接比较这三者的计算量。 最后,针对在实际应用中均匀线阵不满足实际需求的情况,建立了均匀圆阵的数学模型和N+1型圆阵的数学模型,给出这两种阵型的矩阵形式表示的阵元输出和阵列流型,并使用MUSIC算法对这两种阵型进行波达方向估计,给出仿真图形并比较这两种阵型的优劣,同时使用NC-MUSIC算法对圆阵进行波达方向估计探索性研究并给出仿真分析。