提高近場源被動定位性能的算法研究.pdf

1、信源定位技術是陣列信號處理的一個重要研究方向，在雷達、聲納、地震勘測及移動通信等軍事和民用領域有著極其廣闊的應用前景，其主要是根據(jù)天線陣列接收的數(shù)據(jù)對其進行處理得到感興趣信源的位置信息。根據(jù)信源的不同特性可以將信源分成若干類，其中根據(jù)信源與接收陣列之間的距離，可以將信源分為近場源和遠場源，本文主要針對近場源被動定位問題進行深入的研究。
　　在過去幾十年中，對于信源定位問題大都以目標為遠場源為前提，這一條假設極大的簡化了空間譜估計理

2、論的研究，然而針對近場源被動定位問題的理論研究相對來說較少。在實際環(huán)境中，近場源被動定位普遍應用于語音增強、噪聲源定位、電子偵察、地震勘測、超聲定位、醫(yī)學診斷等領域，因此針對近場源被動定位問題的研究成為近幾年來該領域研究的重點，并取得了許多優(yōu)秀的成果。但是在某些方面仍然存在許多亟待解決的問題，例如：計算復雜度大、陣列孔徑損失嚴重、估計精度不高、沖擊噪聲背景的存在、混合信源并存等問題。本文主要針對近場源被動定位存在的問題進行深入的研究并提

3、出解決方案。
　　本文的創(chuàng)新性工作如下：
　　首先，針對近場源被動定位技術存在計算復雜度大的問題，本文提出一種近場源被動定位的快速算法。一方面在角度估計的時候，采用構造多項式求根的方式代替譜峰搜索。另一方面，將壓縮的思想融入到距離參數(shù)估計中，并將整個距離搜索區(qū)域分為若干個小的區(qū)域，構造一組噪聲子空間簇，并構造其交集，利用新構造的交集構造譜函數(shù)，用小區(qū)域搜索代替原來的整個菲涅爾區(qū)域搜索，降低算法的計算復雜度。計算機仿真實驗驗證

4、了所提算法的性能。
　　其次，針對近場源被動定位技術存在陣列孔徑損失的問題，提出了一種基于特殊陣列近場源被動定位的快速算法。在采用特殊陣列結構的基礎上，通過構造三個特殊的高階累積量進行定位，使得算法的陣列孔徑得到了極大的擴展，提高了所能夠估計的信源個數(shù)。與此同時，為了避免特征值分解和譜峰搜索兩大復雜的計算過程，該算法將特征方程方法(characteristic equation-based method，CEM）融入其中，以降低算

5、法的計算復雜度。最后，利用已經(jīng)估計出來的角度參量，估計出其對應的距離參量。該算法與以往的近場信源參數(shù)估計算法相比，具有計算復雜度低，陣列孔徑大等優(yōu)點，實際應用價值高。理論分析和實驗仿真均表明所提算法具有極大的陣列擴展能力。同時根據(jù)影響算法估計性能的主要因素是高階累積量的估計精度，且高階累計向量中元素的估計精度存在差異，引入加權系數(shù)矩陣進行優(yōu)化。理論分析和實驗仿真結果表明，在不增加計算復雜度的前提下，能夠進一步提高算法的估計性能。

6、　　此外，針對傳統(tǒng)沖擊噪聲背景下近場源被動定位算法存在的缺點，提出了一種沖擊噪聲背景下基于lp范數(shù)近場源被動定位方法。具體為，將擬合誤差矩陣的lp范數(shù)最小化方法運用到?jīng)_擊噪聲下近場源定位問題，通過迭代凸優(yōu)化(ACO)方法解決擬合誤差矩陣的lp范數(shù)最小化問題。理論分析和實驗仿真表明，本文所提算法要優(yōu)于基于分數(shù)低階統(tǒng)計量的參數(shù)估計算法，有良好的參數(shù)估計性能和對抗沖擊噪聲的能力。
　　最后，針對近場源與遠場源并存條件下的被動定位問題，提

7、出一種基于斜投影算子的混合信源被動定位新算法。首先通過采用傳統(tǒng)MUSIC算法估計出遠場源的波達方向，通過觀察遠場源與近場源的導向矢量的不同，本文利用信號各自的特性，采用斜投影技術將已經(jīng)估計出來的遠場源參量信息從混合信源參量中移除，進而對近場源信號單獨進行估計。具體在近場源被動定位時將稀疏協(xié)方差矩陣估計算法(A Sparse Covariance-Based Estimation Method,SPICE)引入以提高定位精度，即使當近場源