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宽带测向算法研究

李福昌  
【摘要】:波达方向(DOA)估计在移动和卫星通信系统、信息战、雷达、被动声纳、地震学、射电天文学、导航、视频会议、时间序列分析、谱估计等方面有着广泛的应用,引起了人们极大的研究兴趣。但已有的测向算法,大多数是基于被测信号为窄带信号这一前提假设的,也即信号的带宽远小于中心频率,信号复包络在阵列的各个传感器上被视为是无差别的,由于信号到达各个传感器上的时间延迟不同而产生相位上的差异,通过时域处理就可以对波达方向进行估计。 随着通信技术的发展,跳频信号、扩频信号、线性调频信号等宽带信号在通信系统中的应用越来越多;另外,在自然界中还有许多信号本质上就属于宽带信号,如声音信号、地震波等。因此,研究宽带信号测向就显得越来越重要。 本文针对宽带信号的特点,利用宽带信号时宽—带宽乘积大的特点,分别研究了宽带最大似然测向算法、基于波达方向预估计的宽带子空间测向算法、波达方向信息完全未知情况下的宽带子空间测向算法和宽带波束形成器,从理论上分析了它们的性能,用仿真实验对其波达方向估计性能进行验证。本文的主要研究工作和取得的主要成果如下: (1)在高斯噪声假定下,基于最大似然的宽带测向算法是最优的,但代价函数的优化是个很难处理的问题。本文提出了把交替投影算法和EM算法结合起来对宽带确定性最大似然测向算法代价函数进行优化,充分利用了交替投影算法收敛率快的特性,同时消除了EM算法的初值敏感性。 (2)提出了应用遗传算法对宽带确定性最大似然测向算法代价函数和宽带加权子空间拟合测向算法代价函数进行优化,得出了波达方向估计结果与遗传算法运行参数之间的关系,为宽带测向的实际工程应用提供了依据。 (3)本文对传统的旋转信号子空间宽带测向算法进行了修正,既减少了聚焦矩阵的运算量,又提高了波达方向估计精度和分辨能力。 (4)通常的基于阵列流行变换的宽带测向算法,在求聚焦矩阵时需要对


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