基于中小孔徑陣列的超分辨測(cè)向算法.pdf

1、隨著移動(dòng)通信、遙測(cè)遙感與航空航天等技術(shù)的發(fā)展，依靠目標(biāo)輻射的電磁信號(hào)進(jìn)行被動(dòng)方位檢測(cè)的技術(shù)越來(lái)越受到重視，能夠搭載在艦船、車輛、飛機(jī)、衛(wèi)星等移動(dòng)平臺(tái)上的中小型陣列，成為被動(dòng)測(cè)向技術(shù)的重要應(yīng)用平臺(tái)。近年來(lái)高頻與微波等電子元器件的小型化使得整套天線、微波以及后端處理系統(tǒng)均可集成到很小的空間中，僅占用很小的體積和載荷。但和強(qiáng)大的硬件性能不相匹配，實(shí)際使用的被動(dòng)測(cè)向算法測(cè)向精度有限，而且難以有效分辨多個(gè)空間鄰近信號(hào)。近幾十年，以MUSIC與ES

2、PRIT算法為代表的子空間類算法得到廣泛研究，這類算法具備接近克拉美羅界的優(yōu)良測(cè)向性能和較強(qiáng)的多信號(hào)分辨能力，尤其適用于中小型陣列被動(dòng)測(cè)向系統(tǒng)。但由于工程應(yīng)用中遇到的問(wèn)題，并未得以廣泛采用。本文針對(duì)MUSIC算法在實(shí)際系統(tǒng)中遇到的幾種重要問(wèn)題展開(kāi)研究，給出了相應(yīng)的解決方案，并自主設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一套能夠?qū)嶋H運(yùn)行MUSIC及其擴(kuò)展算法的小口徑陣列試驗(yàn)系統(tǒng)。
　　實(shí)際環(huán)境中存在大量窄帶極化信號(hào)。利用信號(hào)的極化信息提升算法的測(cè)向精度與分辨力

3、性能，對(duì)被動(dòng)測(cè)向系統(tǒng)有重要意義。文中對(duì)常規(guī)MUSIC算法進(jìn)行了擴(kuò)展，使其能夠應(yīng)用于極化敏感陣列，并對(duì)擴(kuò)展后MUSIC算法的空間譜性質(zhì)進(jìn)行了分析，給出一種能夠顯著降低算法運(yùn)算量的快速極化MUSIC算法，并對(duì)極化敏感陣列在算法精度與分辨力性能上帶來(lái)的提升進(jìn)行了理論分析。通過(guò)蒙特卡洛仿真說(shuō)明了算法在精度與分辨力性能上的優(yōu)越性，并給出了計(jì)算復(fù)雜度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。理論和仿真結(jié)果均說(shuō)明了算法的有效性。
　　雖然MUSIC等子空間算法具備優(yōu)良的測(cè)向

4、與分辨能力，但仍需考慮陣列各類特性對(duì)算法的影響，進(jìn)行合理的陣列設(shè)計(jì)以充分發(fā)揮算法性能。陣列的特性主要包括陣元的排列方式及其方向圖特性。與傳統(tǒng)DBF等測(cè)向算法相似，MUSIC等子空間算法也存在陣列模糊等問(wèn)題。僅依靠提高陣元密度來(lái)克服陣列模糊，會(huì)導(dǎo)致算法的復(fù)雜度過(guò)高，而較大的陣列口徑會(huì)使需要密集的空間譜采樣計(jì)算，提高計(jì)算復(fù)雜度。文中設(shè)計(jì)了一種由不同口徑陣列合成的組合陣列，利用陣元密集的小口徑陣列避免陣列模糊現(xiàn)象，陣元稀疏的大口徑陣列提高算法

5、的性能，并對(duì)MUSIC算法做出一定修改，使得算法的運(yùn)算量得以降低。在陣元方向圖特性方面，本文提出利用陣元方向圖中的幅度和相位的不一致特性提升算法性能的構(gòu)想并設(shè)計(jì)了一種考慮陣元特性的修正MUSIC算法，對(duì)該構(gòu)想進(jìn)行了理論上的驗(yàn)證。通過(guò)蒙特卡洛仿真進(jìn)一步證實(shí)了該方法的可行性。
　　MUSIC等子空間類算法普遍存在難以識(shí)別多個(gè)相干信號(hào)的弱點(diǎn)。實(shí)際環(huán)境中，多徑、有源雷達(dá)誘餌等因素都會(huì)導(dǎo)致相干信號(hào)的出現(xiàn)。有效估計(jì)相干信號(hào)的入射方向，成為子空

6、間算法在實(shí)際應(yīng)用中亟待解決的問(wèn)題?？紤]到中小型陣列通常架設(shè)于移動(dòng)平臺(tái)上，并受到空間前后向平滑解相干算法的啟發(fā)，文中研究了一種能夠處理相干信號(hào)的方案，并針對(duì)平臺(tái)移動(dòng)的速度給出不同方法。對(duì)高速平臺(tái)和曲線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的解相干算法進(jìn)行了較詳細(xì)的理論分析，在已知平臺(tái)的移動(dòng)特性、陣列的口徑和信噪比、快拍數(shù)等因素時(shí)，可據(jù)此計(jì)算陣列能否處理相干信號(hào)。文中給出了仿真結(jié)果，說(shuō)明算法的解相干效果。
　　為證實(shí)MUSIC等子空間算法在中小型陣列被動(dòng)測(cè)向系統(tǒng)中