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基于均匀圆阵的混合源DOA估计方法研究

黄艳梅  
【摘要】:阵列信号处理一直以来都是大家备受关注的问题,已经应用于多个领域之中,而波达方向估计(DOA)是其中比较重要的部分。由于实际环境的复杂性,现实中往往不是一种信号单独存在,本文就比较常见的两种混合信号源估计方法进行研究:一是相干和非相干信号混合情况下的一维和二维估计方法;二是非圆和圆信号混合情况下的二维估计方法。由于均匀圆阵具有独特的阵列优势,本文研究的方法都是基于这一阵列模型的。而且对于两种情况下的混合源估计都结合了运算量较低的方法,使其实用性更高。本文具体工作如下:(1)介绍了均匀线阵以及均匀圆阵两种应用较多的阵列模型,描述了四种常见信号:相干、非相干、圆、非圆的定义和性质,并阐述了论文中应用的两种噪声环境:高斯和冲击噪声。(2)基于均匀圆阵的结构,研究了独立和相干信号同时入射时的一维和二维DOA估计算法。对于一维估计的情况,加入了冲击噪声的环境,首先运用分数低阶矩来处理受脉冲噪声影响的接收数据,再结合模式变换的原理,构造差分矩阵来获得信号的DOA。该方法很好的排除了冲击噪声的影响,且能分离两种信号,但其只能估计一维角度。对于二维估计的情况,研究了双圆阵平滑的解相干方法,不用峰值搜索而改用计算的方式来获取混合信号的二维角度信息,运算量低。(3)对于圆和非圆混合源估计方法的研究,已存在均匀线阵下的一维DOA估计方法,但对二维的研究很少。本文首次运用均匀圆阵的结构并结合非圆特性获得了信号的二维角度信息,该方法估计结果准确,但运算量较大。基于此,本文将UEPM(unitary extended propagator method)算法原理应用到此条件下,提出了一种运算量低的改进方法。该方法用实数运算来代替复数运算,不再通过协方差矩阵的特征分解而运用传播算子的方法来获得噪声子空间,从而利用其获得信号的DOA,算法复杂度低,实用性高。仿真结果说明了算法可以将两种信号分离,具有信源过载能力,且在估计性能上也有很大的优势。


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