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《西安电子科技大学》 2004年
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欠采样环境下的参数估计及阵列校正方法研究

王洪洋  
【摘要】:论文主要研究时间(频率)、空间欠采样条件下的参数估计与阵列校正方法。当到达传感器端的多个信号占据较宽的频带时,直接对信号进行Nyquist采样其硬件实现复杂度相当大,且后端用于信号处理的DSP和其它硬件设备很难满足如此高的数据吞吐,因此欠采样是目前宽频带信号频率估计中的首选技术。无模糊测向要求阵列中阵元的间距要小于所估计的最高频率信号波长的一半,这样势必会加大低频信号在不同阵元间的互耦,大大降低各信号波达方向(DOA)估计的精度,在这种情况下,增大阵元间距,即对信号进行空间欠采样可降低不同频率信号在阵元间的互耦,有效增大阵列的孔径,提高信号DOA的估计精度。阵列误差估计、校正也是本文的研究重点,论文最后两章结合分布式小卫星这一特殊应用背景提出了两种高速运动、超大稀疏阵列的校正方法,获得了一些有益的结论。论文各章节具体研究内容安排如下: 1.第二章提出了一种基于延迟和旋转不变子空间(ESPRIT)方法的欠采样频率估计算法。欠采样所引入的模糊可以通过延迟相位差和提出的解模糊算法来加以消除。为进一步降低算法运算复杂度,文中使用传播算子思想(PM)简化了提出的算法,并且弥补了已有基于PM进行参数估计时存在信号空间维数损失的缺陷,使之具有更好的参数估计性能。然而分析发现,已有的欠采样频率估计算法频率估计精度严重依赖于延迟线精度和有、无延迟采样通道一致性,因此在本章中也给出了一种基于双模数转换器(ADC)的欠采样频率估计算法,该方法克服了已有方法的不足,并且所提出的欠采样频率估计算法可以通过给单路ADC在不同时刻配以不同的采样时钟而实现,这可在一定程度上减小包括ADC在内的硬件设备量,具有一定的意义。 2.第三章结合前章提出的频率欠采样频率估计方法给出了一种近场源频率、DOA和距离的联合估计算法。本章采用类似状态空间的方法对阵列接收的近场源信号进行建模,然后通过一定的运算直接获得各近场源三个参数的闭式解。已有的近场源参数估计算法都假定信源频率已知,在频率未知时失效,并且已有的大部分近场源参数估计算法需要复杂的搜索运算,参数间需要配对。相比之下, 本章虽然进行的是频率、DOA和距离三维参数的估计,但算法中没有复杂的搜索运算,并且所估计的参数自动配对,有一定的优越性。 3.第四章提出了一种时空欠采样条件下基于矢量传感器(VS)阵列的横平面电磁波(TEM)信号频率、DOA和极化的估计算法。为了降低对宽频带信号高速采样的压力,本章仍然采用频率欠采样的方法。同时,为了降低不同频率信号在 采样环境下的参数估计及阵列校正方法研究 VS间的互祸,文中对信号采用了空间欠采样的方法。不同于已有的空间欠采 样解模糊方法要求阵列的排布遵循一定的法则,本章VS的应用可大大放宽布 阵约束,使得传感器排布更加随意。同时,VS的稀疏排布减小了不同频率信 号在传感器间的互祸,增大了阵列孔径,提高了算法对信号DOA的估计精度。 最后的计算机仿真证明了方法的有效性。 4.第五章提出了一种利用地面特显点回波对分布式小卫星阵列进行校正和空间 模糊抑制近而成像的方法。用多颗分布式小卫星雷达构成编队飞行,可以提高 多项雷达探测任务的性能,其潜在性能、成本和可靠性大大超过单颗大卫星雷 达。然而分布式小卫星阵列的误差,特别是三维基线误差和各通道的幅相误差, 严重制约着这种高效性能的发挥,必须加以校正,而国内外现有的文献中都没 有涉及到这种高速运动超大稀疏阵列校正方面的研究。本章从分析小卫星雷达 接收的数据回波空时频特性出发,首先由地面的特显点估计出分布式小卫星的 沿航向误差,然后结合自校正方法估计包括垂直航向误差在内的其他误差分 量,最后分别估计得到多个多普勒相同(由于频率欠采样)而方位各不相同地块 的空间导向矢量。本章第四节利用估计出的各地块的空间导向矢量并结合阵列 方向图调零方法提出了一种抑制空I司模糊近而完成大观测带、高方位分辨力 SAR成像的处理方法,该算法主要运算量集中在一次方位回波FFT和一次矩阵 求逆运算上,避免了多次方位FFT、估计协方差矩阵和其求逆运算,因而较己 有小卫星成像方法的运算量要小。最后的计算机仿真试验验证了方法的有效 性。 5.第六章主要针对前章方法的不足,即阵列误差估计需要地面特显点和阵列不能 有较大的垂直基线,提出了一种基于小卫星雷达接收回波数据的高速运动、超 大稀疏阵列的校正方法。由于小卫星平台上的天线孔径较小,回波信号中会存 在距离或者方位多普勒模糊,对于稀疏孔径的SAR成像和地面运动目标检测 (GMTI)应用,文中采用较低脉冲重复频率以保证距离不模糊(可以获得大观测 条带宽度),而此时接收的回波数据存在方位多普勒模糊,然后对存在方位模 糊的回波数据进行多普勒处理以获得几个空间角度确知的校正源信号,最后利 用这些校正源信号对阵列误差进行估计、补偿。大量仿真结果表明,只要星间 测量和轨道控制精度控制在分米数量级,使用本文提出的方法可以很好的实现 对这种高速运动超大稀疏阵列误差的估
【学位授予单位】:西安电子科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TN911.7

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 常虹;宽带侦收方法研究[D];西安电子科技大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 黄志强;基于高阶累积量的近场源定位方法研究[D];吉林大学;2006年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 穆冬;干涉合成孔径雷达成像技术研究[D];南京航空航天大学;2001年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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9 彭劲松;秦永元;严恭敏;;OpenGL在雷达图像实时显示中的应用[J];兵工自动化;2006年01期
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 罗志勇;;雷达可靠性试验技术的探讨[A];第三届电子产品可靠性与环境试验技术经验交流会论文集[C];2001年
2 郭磊;;间歇采样转发对脉压雷达的干扰效能评估[A];2011年通信与信息技术新进展——第八届中国通信学会学术年会论文集[C];2011年
3 杜磊;刘一峰;;L波段固定式边界层风廓线雷达的应用[A];第八届长三角气象科技发展论坛论文集[C];2011年
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6 刘颖;廖桂生;王洪洋;;一种新的多通道成像卫星误差校正方法[A];第十二届全国信号处理学术年会(CCSP-2005)论文集[C];2005年
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8 李志臣;何培宇;董薇薇;;基于传播算子的宽带DOA估计新算法[A];第十四届全国信号处理学术年会(CCSP-2009)论文集[C];2009年
9 高磊;邹江威;陈曾平;;一种ISAR成像信号中微动成份分离方法[A];第十四届全国信号处理学术年会(CCSP-2009)论文集[C];2009年
10 魏洪峰;杜智涛;姜明波;;双线偏振天气雷达技术体制及关键技术[A];经济发展方式转变与自主创新——第十二届中国科学技术协会年会(第二卷)[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陶秋香;PS InSAR关键技术及其在矿区地面沉降监测中的应用研究[D];山东科技大学;2010年
2 王力宝;多输入多输出合成孔径雷达关键技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
3 王怀军;MIMO雷达成像算法研究[D];国防科学技术大学;2010年
4 杨科锋;移变双基地SAR特性与成像方法研究[D];国防科学技术大学;2009年
5 赖涛;星载多通道SAR高分辨宽测绘带成像方法研究[D];国防科学技术大学;2010年
6 常宇亮;瞬态极化雷达测量、检测与抗干技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
7 陶勇;知识辅助的SAR图像目标特性分析与识别研究[D];国防科学技术大学;2010年
8 张志成;阵列信号多维参数估计理论与方法研究[D];吉林大学;2011年
9 王立国;近场源参数估计算法研究[D];吉林大学;2011年
10 张倩;SAR图像质量评估及其目标识别应用[D];中国科学技术大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨毅;FMCW雷达高度表数字信号处理技术研究[D];中国工程物理研究院;2009年
2 史卫平;DInSAR技术及其在矿区地面沉降监测中的应用研究[D];山东科技大学;2010年
3 陈磊;激光测风雷达回波信号处理技术的研究[D];长春理工大学;2010年
4 崔盈慧;基于障碍物智能识别的人机融合汽车安全预警研究[D];郑州大学;2010年
5 李婧琳;基于探地雷达的刚性路面板下脱空系统识别方法[D];郑州大学;2010年
6 田守东;基于雷达图像的目标检测技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 游文婷;基于谱相关的通信和雷达信号识别方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 罗卿莉;测绘困难区域星载干涉SAR基线估计与地理编码技术研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
9 蒋玉英;电磁波仓外探测小麦水分含量反演研究[D];河南工业大学;2010年
10 刘芳;基于DSP的雷达测速计量系统的研究[D];天津理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王被德;电磁波的极化及其应用[J];电波科学学报;1999年03期
2 王激扬,黄佑勇,陈天麒;空间欠采样信号DOA估计的解模糊算法[J];电波科学学报;1999年04期
3 黄克骥,田达,陈天麒;基于任意阵列形式的LFM信号参数估计[J];电波科学学报;2003年03期
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7 张继龙;钱祖平;卢春兰;;一种用于卫星定位系统的宽波束圆极化天线[J];电波科学学报;2008年02期
8 刘志强;马红光;杨利锋;;非合作无源探测中的快速测向[J];电波科学学报;2008年03期
9 陶海红;夏南;王楠;胡国栋;廖桂生;;单比特宽带数字接收机的频域多波束测向技术[J];电波科学学报;2009年01期
10 宋立众;乔晓林;吴群;;一种弹载相控阵雷达及其极化滤波方法[J];电波科学学报;2009年06期
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 王建英;阵列信号多参量联合估计技术研究[D];电子科技大学;2000年
2 张嵘;宽带高灵敏度数字接收机[D];电子科技大学;2002年
3 吴云韬;非平稳、色噪声环境下的参数估计方法研究[D];西安电子科技大学;2003年
4 陶建武;阵列信号处理在雷达和移动通信中的应用研究[D];吉林大学;2004年
5 陈建峰;空间信号检测与参数估计的阵列处理方法研究[D];西安电子科技大学;2004年
6 李冰;软件无线电中的信道化技术研究[D];解放军信息工程大学;2007年
7 王旭东;基于FPGA的雷达信号侦察数字接收机关键技术研究[D];南京航空航天大学;2007年
8 王鑫;宽带数字接收机的关键技术研究及实现[D];哈尔滨工程大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 李雅梅;稳健的宽带波束形成器研究[D];西安电子科技大学;2004年
2 刘君;色噪声背景中信源数检测方法研究[D];西安电子科技大学;2004年
3 徐胜;基于智能麦克风阵列的说话人跟踪技术[D];电子科技大学;2004年
4 王新春;高速宽带数字测频技术研究[D];西安电子科技大学;2005年
5 王峰;基于稀疏分解的宽带信号波达方向估计[D];西南交通大学;2007年
6 王琦;基于FPGA的雷达信号数字接收机的实现[D];南京航空航天大学;2008年
【二级引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 王建锋;激光路面三维检测专用车技术与理论研究[D];长安大学;2010年
2 石宇;阵列信号处理中信号参数估计的研究[D];吉林大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 徐元欣;窄带信号DOA估计算法研究[D];天津大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王建英,曾庆华,陈天麒;用任意阵实现二维到达角和极化的联合估计[J];电波科学学报;1999年04期
2 李全力,肖先赐;空间谱估计测向系统信道失配的单信号源校正方法[J];电子学报;1991年02期
3 刘宏伟,张守宏;多馈源空间馈电阵列误差校正[J];电子学报;1999年09期
4 苏卫民,顾红,倪晋麟,刘国岁,张光义;通道幅相误差条件下MUSIC空域谱的统计性能[J];电子学报;2000年06期
5 袁运能,孙进平,王俊,毛士艺;聚束SAR的快速卷积反投影成像算法[J];电子学报;2002年06期
6 贾永康,保铮,吴洹;一种阵列天线阵元位置、幅度及相位误差的有源校正方法[J];电子学报;1996年03期
7 廖桂生,保铮;未知阵列流形条件下波达方向-多普勒频率盲估计方法[J];电子科学学刊;1997年02期
8 张直中;发展中的三维成像合成孔径雷达[J];现代雷达;1999年05期
9 穆冬,朱兆达,张焕春;干涉合成孔径雷达成像技术研究[J];遥感技术与应用;2000年04期
10 王超;利用航天飞机成象雷达干涉数据提取数字高程模型[J];遥感学报;1997年01期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 田达,黄克骥,陈天麒;时域欠采样线性调频信号参数估计方法[J];系统工程与电子技术;2004年07期
2 李惠光,蔡满军;超高频周期信号的欠采样检测原理研究[J];传感技术学报;2001年04期
3 肖大光,赵亚湘,王玮;周期信号欠采样理论研究[J];长沙铁道学院学报;2003年01期
4 蒋华,王书相;带通欠采样定理在软件无线电中的应用[J];西安科技学院学报;2004年04期
5 王新春,赵国庆;欠采样数字测频法的改进[J];电子科技;2004年07期
6 姚远程 ,向利 ,王亚涛;欠采样系统的仿真研究[J];中国无线电;2005年01期
7 杨建宇,丁义元,杨晓波;LFM-CW雷达距离分段欠采样处理方法[J];电子科技大学学报;1993年02期
8 张睿,李维英,李建东;带通采样技术在软件接收机中的应用[J];西安电子科技大学学报;2000年03期
9 吴芝路,吴丹,任广辉;基于欠采样的信号数字正交变换技术的研究[J];无线电工程;2004年12期
10 赵秋明;郝雪峰;章敏;;高速ADC转换器AD9245在软件无线电中的应用[J];微计算机信息;2010年29期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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5 张颖;冯纯伯;;随机线性多变量系统的鲁棒辩识[A];1994年中国控制会议论文集[C];1994年
6 张端金;;Box-Jenkins模型全结构辩识[A];1994年中国控制会议论文集[C];1994年
7 钱新恩;;钢条——PZT系统的建模研究[A];1996年中国控制会议论文集[C];1996年
8 王松;;威布尔分布在寿命分析中的应用[A];2005年全国机械可靠性学术交流会暨“车辆与工程装备质量与可靠性论坛”论文集[C];2005年
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中国重要报纸全文数据库 前7条
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6 赵艳丽;化工过程数据校正与模拟优化系统通过鉴定[N];中国化工报;2000年
7 杨卫东 魏童;基于GARCH模型的量价分析[N];期货日报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王洪洋;欠采样环境下的参数估计及阵列校正方法研究[D];西安电子科技大学;2004年
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3 祝雪妹;热集成精馏系统建模、优化与控制的若干问题研究[D];浙江大学;2005年
4 郭淑娟;复杂网络的混沌同步与参数估计[D];上海大学;2010年
5 詹亚锋;通信信号自动制式识别及参数估计[D];清华大学;2004年
6 范影乐;混沌动力学在参数估计中的研究[D];浙江大学;2001年
7 尉宇;线性调频和非线性调频信号的检测与参数估计[D];华中科技大学;2005年
8 颜刚;基于模糊马尔可夫场的图像分割算法研究[D];第一军医大学;2005年
9 易岷;时延及相关参数估计技术研究[D];电子科技大学;2004年
10 张雯雯;LPI雷达信号的消噪与参数估计研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 曾操;空时欠采样下的参数估计及硬件实现[D];西安电子科技大学;2004年
2 李凌;基于现代内点理论的电力系统加权非线性L_1范数状态及参数估计研究[D];广西大学;2002年
3 刘文忠;近场源多维参数估计方法研究[D];西安电子科技大学;2005年
4 麻晓敏;可靠性数据分析系统设计与研究[D];合肥工业大学;2007年
5 于柄林;基于广义误差分布的混合效应状态空间模型[D];大连理工大学;2007年
6 王佳;IRT框架下的多级评分模型应用研究[D];东北师范大学;2009年
7 张浩;数据融合在工程中的应用与研究[D];湖南大学;2001年
8 张文英;基于Delta算子的参数估计与滤波[D];郑州大学;2002年
9 文红艳;土壤溶质锋运移及参数估计的实验研究[D];湖南师范大学;2005年
10 程金路;高性能感应电机电流控制研究[D];山东大学;2005年
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