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稳健的阵列处理波达方向估计算法研究

陈洪光  
【摘要】: 波达方向估计是阵列信号处理领域中的一个重要问题,在雷达、声纳、通讯、地震勘探、气象、射电天文以及医学成像等诸多领域得到广泛应用,本文围绕DOA估计中的稳健性问题进行了深入研究,重点讨论了分布信号源、宽带信号源、循环平稳信号源以及非高斯噪声环境中的DOA估计问题,创新性地开展了以下几项主要工作: (1)研究了分布信号源中非恒模分布源的波达方向估计问题,首先分析了非恒模分布信号的阵列接收模型,之后基于近似最大似然估计技术推导了适用于非恒模分布信号源的近似最大似然估计算法,增强了近似最大似然估计AML算法在非恒模分布源环境中的稳健性: (2)在宽带信号源波达方向估计问题的研究中,讨论了相干信号子空间CSM算法中的聚焦技术。利用阵列流形插值(AMI)的基本思想,基于RSS(旋转信号子空间)以及MTLS(修正全局最小二乘)的聚焦准则,推导出两种与波达方向角无关的一致聚焦变换:CRSS以及CMTLS,在增强宽带DOA估计算法稳健性的同时,改善了算法的实时性: (3)研究了循环平稳信号源的DOA估计问题,着重分析了算法对循环频率估计误差的稳健性。在建立循环平稳信号ατ观测模型的基础上,分析了循环频率误差对BFατ、MVατ算法的影响,并基于迭代优化算法分别对BFατ、MVατ算法进行了改进,改进后的波束形成算法较之BFατ、MVατ算法,在对循环频率误差的稳健性上有较大的提高; (4)研究了SαS分布噪声环境中的DOA估计问题,重点研究如何简化算法的复杂性,增强算法的实时性。首先在柯西分布噪声的假设前提下,分析了最大似然估计算法的运算复杂性,针对最大似然估计算法中多维非线性最优问题的计算量较大的缺陷,将多维非线性最优问题变成一维的次优搜索问题,从而以较小的性能损失换取了计算量的较大的简化。


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