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宽带相干信号DOA估计算法研究

伍逸枫  
【摘要】: 宽带信号DOA估计算法是目前国内外研究的热点。宽带信号处理技术能够提取更丰富的信息,与窄带处理系统相比具有较大的优越性,该技术的突破性研究在水下目标定位、战场目标识别和雷达低仰角跟踪等方面有着重要的意义,具有广泛的军事应用和民用前景。 本文在研究宽带信号DOA估计数学模型的基础上,深入研究了窄带信号DOA估计、窄带相干信源DOA估计和宽带信号的DOA估计,主要对基于信号子空间的MUSIC算法进行了实验仿真和性能分析。针对窄带相干源信号,分析总结了对相干信源DOA估计的一些去相关处理算法,通过对空间平滑算法的估计性能进行仿真分析,提出了两种有效的窄带相干信号DOA估计算法——修正MUSIC算法的改进算法和基于Toeplitz矩阵的重构算法。仿真结果表明修正MUSIC的改进算法在低信噪比空间平滑算法和修正MUSIC算法有更好的估计性能;基于Toeplitz矩阵的重构算法没有阵列孔径损失,运算量小,对相干非相干信号都具有较好的估计性能。针对宽带信号的DOA估计研究,探讨了宽带阵列信号的建模途径,并针对时域窄带叠加产生的宽带仿真信号应用非相干信号子空间法(ISM)和相干信号子空间法(CSM)进行了分析仿真,并将基于修正MUSIC算法的改进算法和ISM算法相融合,通过实验仿真验证了该算法的算法在估计宽带相干信号DOA的有效性。同时研究了基于空间重采样和虚拟阵列重构的CSM方法,该算法在低快拍数时仍具有较好估计性能,并且无需方向预估,算法比较简单,能够完成对宽带相干信源的DOA估计。


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