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基于高阶累积量的阵列信号多参数估计技术

黄佑勇  
【摘要】: 宽频段阵列信号参数估计是当前阵列信号处理研究的一个重要方向,然而目前宽频段阵 列系统的工程实践中存在诸多困难,主要有:①为避免多通道高采样率同步采集这一难题, 工程中常采用欠采样技术,然而解欠采样所致的频率混迭常用的延迟相位方法需要增加与阵 元数相同数目的延迟通道,这又带来另外的硬件实现上的问题;②宽频段阵列系统的特殊性 使得阵列模型误差成为影响算法性能的重要因素,主要的三种误差包括阵元位置误差、阵元 之间的互耦、阵元及通道之间的不一致性;③复杂信号环境对算法性能的影响,包括非白噪 声环境和相干信号的影响。本文围绕以上问题,主要研究了基于四阶累积量的信号频率和二 维到达角估计系统的主要技术环节,所作的工作和主要贡献有: 1.研究了基于四阶累积量的各种阵列扩展形式、扩展能力以及扩展阵列的性质。结果 表明基于四阶累积量实现阵列扩展有两个方面的意义,一是增加有效阵元数,这使得算法突 破了二阶子空间类算法对入射信号数的限制。另一方面是展宽阵列有效口径,提高测向性能。 2.提出了基于四阶累积量的宽频段阵列信号频率和二维角估计方案,该方案采用时空 欠采样技术,用延迟相位方法解时域欠采样所致的频率估计模糊。与既有的二阶算法相比, 所提出的算法仅需要一个延迟通道即可解模糊,这在减小硬件开销的同时,也避免了过多延 时通道给同步采集和保持多通道特性一致所带来的压力。 3.基于高阶累积量的算法在应用中的一个主要障碍是计算累积量矩阵比计算协方差矩 阵需要大很多的计算量,本文提出了一个基于FFT预处理并截取谱峰来计算四阶累积量矩 阵的方法,极大地减小了计算四阶累积量矩阵的运算量。 4.提出了一个改进的非均匀阵列内插方法,以获得更优的内插性能。基于此阵列内插 算法提出了一个相干信号处理方法,可用于一类具有“分维结构”的阵列对相干信号频率和 二维角联合估计。阵列内插算法中一个很重要的问题是内插区间的选取,本文给出了一个有 效的内插区间选取方法。 5.分析了宽频段阵列系统中影响算法性能的主要模型误差因素,提出了一个宽频段系 统模型误差估计算法,可对工作于宽频段的任意结构阵列的多种主要阵列模型误差,包括阵 元位置误差、阵元之间的互耦效应、阵元之间以及接收通道之间的幅度和相位特性不一致性 等进行估计。估计出误差后容易对阵列进行校正。


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