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稳健的阵列参数估计及应用研究

张杰  
【摘要】:论文主要研究非理想环境下的空间信号检测、定位和波束形成问题,同时针对OFDM通信系统,研究了载波频率的同步和跟踪问题。论文首先研究了色噪声环境下的空间信号检测问题。然后研究了存在循环频率误差时的稳健的循环平稳信号的稳健的定位和波束形成问题。同时论文针对阵列参数估计在OFDM系统的频偏估计中的应用展开讨论,提出了一些有效的、易于工程实现的载波频偏估计和载波频率同步方法。研究内容安排如下: 1.提出了空间相关色噪声下的信号源数目估计方法。色噪声引起协方差矩阵的噪声特征值的扩散,从而使得传统的信号检测方法失效,为了克服噪声特征值扩散的影响,我们采用对角加载抑制噪声特征值扩散,提高了检测性能,分析了对角加载对检测性能的影响;另外,通过大量的计算机仿真和实测数据分析注意到,噪声的空间相关性只是对噪声特征值的扩散影响加大,对信号特征值几乎没有多大影响,为此论文提出了一种基于线性插值的稳健的信号数目判定方法。通过构造一个新颖的寻优目标函数,避免了传统检测方法中对数似然函数的使用,在一定程度上提高了色噪声下的信号检测性能;然后提出了一种基于辅助变量和盖尔园方法的信号数目估计方法。利用信号和噪声的时间相关特性,构造辅助变量减轻甚至消除空间相关噪声的影响,利用酉变换构造信号子空间和噪声子空间,通过分析它们之间正交性的渐近性能得到了一种实用的源数目判定方法。三种方法的有效性均通过大量的计算机仿真和实测数据验证,具有一定的理论意义和实用价值。 2.论文研究了存在循环频率失配时的稳健的波达方向估计和波束形成问题。由于基于循环平稳的阵列处理方法利用了不同信号的循环频率不同这一时域特征,将多个信号在循环频率域进行分离。但是该方法必须要求期望信号的循环频率精确已知,由于信号存在未知的多普勒和载波频偏等原因使得假定的循环频率和实际循环频率存在一定的差异。通过分析循环频率误差对基于信号循环平稳的定位方法的性能影响,提出了时域加窗法和二阶循环统计量平均法增强定位性能对循环频率误差的稳健性;仍然针对存在循环频率误差这一实际情况,提出了一种稳健的盲波束形成方法。利用假定的循环频率粗略的估计出信号的导向矢量,然后结合将估计的该导向矢量向带有约束的导向矢量子空间投影,得到较为精确的导向矢量估计,最后进行Capon波束形成。该方法的的结果具有对角加载的形式,但是其最优加载量可以精确求出,避免了传统对角加载方法最优加载量的难以确定问题。


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