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宽带信号阵列高分辨处理技术研究

黄可生  
【摘要】:阵列信号处理是空域信号分析和处理的重要手段,在雷达、声纳、地震学以及扩频通信等应用领域中,多源宽带信号的到达角(DOA)估计越来越受到普遍关注。本文将致力于研究宽带阵列信号处理中关于信号源个数估计、信号到达角估计、噪声抑制、快速处理和阵列几何结构及阵列误差对高分辨算法性能的影响等问题。 第二章研究了宽带信号源个数估计方法。提出了两种新的宽带源个数估计方法:基于Bootstrap重采样的宽带源个数估计法和基于子带平均的宽带源个数估计方法。与已有的先聚焦后估计信号个数的方法相比,这两种方法在聚焦处理前就可估计出信号个数,可以避免聚焦变换给算法估计精度带来影响。Bootstrap法可适应非高斯噪声条件下的源个数估计,子带平均法对相关信号有很好的处理效果。 第三章研究了聚焦矩阵的构造方法。详细分析了聚焦矩阵及聚焦频率对信号到达角(DOA)估计性能的影响,给出了最佳聚焦矩阵的选择标准和最佳聚焦频率的选择方法。提出了一种与信号方向无关的聚焦矩阵构造方法,并给出了基于该方法的二维角度估计算法。由于该方法无需角度预估计,避免了已有方法因角度预估计带来的性能下降。 第四章研究了基于高阶累积量的宽带DOA估计方法。研究了宽带条件下阵列孔径扩展的实现方法和噪声抑制方法,特别是关于非高斯噪声的抑制。在虚拟互相关算法的基础上,提出了一种基于虚拟旋转不变技术的宽带信号二维到达角的估计方法,该方法同时实现了阵列孔径的扩展、噪声(高斯和非高斯噪声)的抑制以及二维角度的自动配对估计。仿真试验表明了该方法有效。 第五章研究了基于维纳滤波多级分解的宽带DOA快速估计方法。将多级维纳滤波降维处理方法引入到了宽带DOA估计中,证明了在满足一定条件下Krylov子空间的正交基与信号子空间等价,并给出了等价所需条件。在此基础上提出了基于Krylov子空间的宽带相关信号DOA估计的快速算法,该方法大大的降低了算法的运算量,而且不影响算法的估计精度。最后分析了参考矢量的选择标准,给出了几种参考矢量的构造方法。 第六章研究了阵列几何结构及阵列误差对高分辨算法性能的影响。分析了阵列结构对测向性能的影响,并提出了一种多种阵列误差并存时的宽带信号DOA估计方法。


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