低復雜度陣列信號波達方向估計算法研究.pdf

1、陣列信號波達方向估計是陣列信號處理領域中具有重要應用價值的研究課題。近年來，低運算量、低復雜度的陣列信號波達方向估計算法受到了廣泛關注。陣列信號波達方向估計將多個傳感器設置在空間的不同位置組成傳感器陣列，利用各個信號在空間位置上的差異，通過對多通道接收機輸出數(shù)據(jù)的處理，獲得空間各個信號源來波所對應的方向。在波達方向估計的發(fā)展歷程中，基于傳統(tǒng)理論和經(jīng)典方法提出的有關算法既解決了一些實際問題，同時為該領域的發(fā)展提供了新的思路。由于波達方向估

2、計的重要性使得該領域的研究經(jīng)久不衰，并且對處理算法的性能提出了更高的要求。本文主要針對低運算量、低復雜度的陣列信號波達方向估計進行深入研究，主要研究成果有：
　　1.針對傳統(tǒng)基于子空間的波達方向估計算法中子空間估計運算量大的問題，提出了無需協(xié)方差矩陣特征值分解的快速波達方向估計算法。首先將子空間投影（SP）算法引入波達方向估計，將其與 MUSIC算法相結合形成了子空間投影MUSIC算法；將子空間投影算法中大矩陣乘法運算用小矩陣乘積

3、代替，提出了較低運算復雜度和存儲量的簡化子空間投影MUSIC算法；通過協(xié)方差矩陣分解簡化子空間投影處理，得到低復雜度和存儲量的高效子空間投影MUSIC算法。
　　2.針對傳統(tǒng)二維MUSIC算法中二維譜峰搜索運算量大的問題，提出只需一維譜峰搜索且無需角度配對的低復雜度二維波達方向估計算法。首先將降維MUSIC算法引入到二維波達方向估計領域，與求根法相結合，得到運算量更低的求根RD-MUSIC算法；將模值約束加入到RD-MUSIC算法

4、的約束條件中，使方向向量的約束性更強，在保持低運算量的同時提高了角度估計性能；用直接求導法對RD-MUSIC算法進行求解，有效增強了方向向量中各元素應滿足條件的約束性，同樣在保持低運算量的同時進一步提高了角度估計性能。
　　3.將陣列信號利用過完備基進行稀疏表示，可將波達方向估計問題轉化成聯(lián)合求解陣列信號在過完備基下的稀疏系數(shù)過程。提出兩種基于單測量矢量的協(xié)方差矩陣稀疏重構波達方向估計方法，均無需已知信號數(shù)量，具有較低的運算復雜度

5、和較高的角度估計性能。為了使算法具有相干信號估計能力，第一種算法采用了對協(xié)方差矩陣進行空間平滑處理的方式；第二種算法采用了構造協(xié)方差矩陣重構向量的方式。
　　4.為了使稀疏重構波達方向估計方法只需少量樣本就能達到較好的角度估計效果，采用了貝葉斯稀疏重構方法。介紹了多測量矢量稀疏貝葉斯學習（MSBL）算法和快速序列稀疏貝葉斯學習（FSBL）算法。分別將多種波達方向估計稀疏表示模型代入不同的貝葉斯稀疏重構算法進行仿真實驗，并對多種不同