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基于均匀圆阵的DOA估计算法研究

徐青  
【摘要】: 阵列信号处理是信号处理领域内的一个重要分支,其最主要的两个研究方向是自适应空域滤波(自适应阵列处理)和空间谱估计。在空间谱估计研究中,利用均匀圆阵列天线(UCA)进行到达角估计在军用及民用方面具有广泛的应用前景。因此本文研究宽、窄带信源模型下的UCA测向算法具有一定的理论和实际意义。 由于均匀线阵(ULA)的DOA估计算法是研究UCA的基础,所以本文在对均匀圆阵(UCA)进行空间谱估计算法研究之前,首先研究了ULA的DOA估计算法,然后研究UCA的窄带信号和宽带信号DOA的估计性能,并将ULA和UCA的算法性能进行了详细比较。 本文的主要内容是: 1.首先介绍阵列信号处理的基本信号模型和各接收基阵的数据模型,简单介绍了DOA估计的传统方法。 2.作为讨论均匀圆阵(UCA)的基础,本文研究分析了均匀线阵(ULA)对DOA估计中的经典算法(MUSIC算法和ESPRIT算法),并进行了仿真和性能比较。 3.研究窄带信号均匀圆阵(UCA)一维和二维的DOA估计方法,重点介绍了相位模式激励的UCA测向算法,同时介绍了利用酉变换的UCA测向快速算法。从理论分析和计算机仿真两个角度对窄带信号UCA测向算法进行了深入探讨。 4.在以上研究均匀圆阵对窄带信号处理的基础上,文章最后部分重点研究了均匀圆阵对宽带信号的DOA估计,主要研究了两类算法:基于相干信号子空间(CSM)类算法和宽带信号子空间空间谱估计(BASS-ALE)算法。由于宽带信号CSM类算法应用于均匀圆阵时,模式空间转换将导致聚焦变换矩阵的维数随频率变化而变化,不能直接聚焦,因此本文对模式空间转换进行了改进,并基于CSM类算法提出了一种宽带信号均匀圆阵测向新方法。该方法利用聚集变换消除VULA阵列流形中的频率依赖性并进行能量积累,最终实现宽带信号测向。计算机仿真表明了新方法的有效性。


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