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宽带信号空间谱估计算法研究

李刚  
【摘要】: 空间谱估计的主要目的是估计信号的空域参数或信源位置,这也是雷达、通信、声纳等许多领域的重要任务之一。理论上,该技术可以大大改善在系统处理带宽内空间信号的角度估计精度、角度分辨力及其他相关参数精度,因而在雷达、通信、声纳等众多领域有极为广阔的应用前景。 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,研究宽带信号的空间谱估计具有重要的理论和实际意义。 本文针对宽带信号的特点,利用宽带信号时宽—带宽乘积大的特性,分别研究了宽带信号的聚焦变换、基于阵列流形变换的宽带信号空间谱估计算法、高分辨空间谱估计、四阶累积量算法以及宽带Chip信号空间谱估计算法。论文从算法的理论基础入手,分析它们的性能,并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.提出将空间重采样的思想与波束形成的方法相结合,采用数字滤波器方式及基于FFT算法方式,实现了波束形成测向,通过仿真实验比较了两种方法的性能。 2.对传统的旋转信号子空间(RSS)宽带测向算法进行了修正,提出了修正RSS算法。该算法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。 3.根据通常的基于阵列流形变换的宽带信号空间谱估计算法,提出了基于近似阵列流形变换的宽带测向算法、广义阵列流形内插宽带信号空间谱估计算法。并通过实验结果证明了上述算法的有效性。 4.提出了一种结合聚焦和波束域处理的宽带信号空间谱估计算法,降低了特征结构类方法的运算量,并改善了分辨的信噪比门限,提高了估计性能。 5.提出了一种基于四阶累积量切片的宽带信号空间谱估计算法,不仅在盲高斯意义上可以与四阶累积量匹敌,而且解决了通常的四阶累积量宽带信号空间谱估计算法的大运算量问题。 6.给出一种时频域宽带源波达方向估计算法,该算法通过计算参考阵元和其它阵元的连续小波互谱,构造出一种新的时频域数据模型,并利用Chirp信号的局部窄带特性,在信号的主要能量聚集区选择时频点构造时频相关矩阵代替传统的阵列相关矩阵,进行特征分解实现信号的DOA估计。该方法同时在空域和时频域进行处理,充分利用了时频分布的能量聚集性,不但实现了非平稳信号时频域的分离,还有效地提高了信噪比,增强了算法对噪声的稳健性。


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