高分辨陣列信號(hào)處理方法研究.pdf

1、陣列信號(hào)處理在雷達(dá)、聲納、通信等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著陣列信號(hào)處理從理論到實(shí)際工程應(yīng)用的發(fā)展，人們對(duì)算法穩(wěn)健性和估計(jì)精度的要求越來(lái)越高。論文以提高陣列信號(hào)處理算法的穩(wěn)健性和估計(jì)精度為目標(biāo)，基于標(biāo)量傳感器陣列和矢量傳感器陣列，對(duì)高分辨陣列信號(hào)處理方面展開研究，取得了一些有意義的成果。論文的主要內(nèi)容由以下幾個(gè)部分組成：
　　 第一部分：SαS沖擊噪聲下高分辨陣列信號(hào)處理方法研究。
　　 近年來(lái)，大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明許多實(shí)際應(yīng)用

2、中的噪聲都是非高斯分布的，適用于SαS分布來(lái)表示。由于SαS分布的隨機(jī)變量不存在二階及以上矩，因此傳統(tǒng)基于二階及以上統(tǒng)計(jì)量的陣列信號(hào)處理算法不能直接適用。針對(duì)這一問(wèn)題，本文給出了幾種沖擊噪聲背景下的陣列信號(hào)處理算法：首先論文研究了基于分?jǐn)?shù)低階矩的加權(quán)子空間擬合算法(FLOM-WSF)和基于Screened Ratio原理的加權(quán)子空間擬合算法(SR-WSF)，該兩種算法分別基于SαS型隨機(jī)變量有界的分?jǐn)?shù)低階矩陣和共變系數(shù)矩陣，并用子空間擬

3、合算法得到DOA估計(jì)值。仿真結(jié)果表明，該兩種算法均可有效的提高沖擊噪聲背景下DOA的估計(jì)精度，其中SR-WSF算法無(wú)需對(duì)參數(shù)p進(jìn)行選擇，具有更強(qiáng)的穩(wěn)健性?；跓o(wú)窮范數(shù)歸一化的ESPRIT算法(IN-ESPRIT)先對(duì)陣列接收的快拍數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，構(gòu)造一個(gè)偽協(xié)方差矩陣；然后，對(duì)偽協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征分析，并利用ESPRIT算法實(shí)現(xiàn)DOA的估計(jì)。與基于分?jǐn)?shù)低階矩的算法相比，IN-ESPRIT算法不僅具有更好的估計(jì)性能，可適用于多種沖擊噪聲，且

4、無(wú)需已知沖擊噪聲特征指數(shù)的先驗(yàn)信息或估計(jì)。最小均方歸一化誤差(MMSNE)波束形成算法通過(guò)將期望信號(hào)和波束形成輸出之間的歸一化均方誤差最小化求的最優(yōu)權(quán)向量，根據(jù)瞬時(shí)自適應(yīng)的無(wú)窮范數(shù)快拍歸一化數(shù)據(jù)構(gòu)造均方歸一化誤差，以此來(lái)代替均方誤差，并采用采樣協(xié)方差矩陣求逆(SMI)自適應(yīng)算法的得到波束形成的權(quán)向量的估計(jì)。仿真結(jié)果表明，在多種沖擊噪聲背景下該算法都能有效提高估計(jì)精度，降低對(duì)干擾信號(hào)的零陷。
　　 第二部分：擴(kuò)展孔徑高分辨陣列信號(hào)

5、參數(shù)估計(jì)算法研究。
　　 增加相鄰傳感器之間的間距可以實(shí)現(xiàn)陣列孔徑擴(kuò)展，從而提高參數(shù)估計(jì)的精度。但當(dāng)相鄰兩陣元間的間距大于半波長(zhǎng)時(shí)，會(huì)造成參數(shù)估計(jì)的模糊問(wèn)題。針對(duì)該問(wèn)題，論文給出兩種基于雙平行陣的擴(kuò)展口徑波達(dá)方向估計(jì)算法：擴(kuò)展孔徑ESPRIT算法和擴(kuò)展孔徑DOA矩陣算法。兩種算法分別采用由4L+1個(gè)陣列單元和4L個(gè)陣列單元組成的雙平行陣列幾何結(jié)構(gòu)，利用陣列傳感器沿x軸和沿y軸的不同間距，分別計(jì)算出高精度模糊的方向余弦估計(jì)和低精度

6、不模糊的方向余弦估計(jì)，利用低精度無(wú)模糊的方向余弦估計(jì)值對(duì)高精度模糊的方向余弦估計(jì)值進(jìn)行解模糊處理，得到高精度無(wú)模糊的方向余弦的估計(jì)值。此外，論文還對(duì)由于陣列擴(kuò)展孔徑造成的特征值相等問(wèn)題進(jìn)行了研究，分別給出了兩種有效的克服特征值相等問(wèn)題的方法。
　　 第三部分：基于聲學(xué)和電磁矢量傳感器陣列的二維DOA估計(jì)算法研究。
　　 首先介紹了聲學(xué)和電磁矢量傳感器陣列的接收信號(hào)模型，然后研究了幾種基于矢量傳感器陣列的DOA估計(jì)算法：針

7、對(duì)寬帶Chirp信號(hào)，分別基于聲學(xué)矢量傳感器和電磁矢量傳感器，研究了分?jǐn)?shù)階Fourier域?yàn)V波的算法。信號(hào)強(qiáng)度相同時(shí)，算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行分?jǐn)?shù)階Fourier變化后，分別用濾波器估計(jì)矢量傳感器的導(dǎo)向矢量，信號(hào)強(qiáng)度不同時(shí)，算法用基于分?jǐn)?shù)階Fourier域?yàn)V波逐次消去強(qiáng)信號(hào)，然后分別估計(jì)導(dǎo)向矢量，根據(jù)導(dǎo)向矢量的性質(zhì)得到方向估計(jì)值。該算法無(wú)需進(jìn)行迭代搜索和二維DOA配對(duì)，可以估計(jì)具有相同或不同調(diào)頻斜率的多個(gè)Chirp信號(hào)的二維DOA(極化)。針對(duì)相

8、關(guān)噪聲下的相干信號(hào)的DOA估計(jì)，基于面陣加遠(yuǎn)離的孤立傳感器陣列幾何結(jié)構(gòu)，對(duì)聲學(xué)矢量傳感器和電磁矢量傳感器，研究了基于傳播算子的二維DOA(極化)估計(jì)算法。該算法首先定義了一個(gè)與信號(hào)相干性、噪聲相關(guān)性無(wú)關(guān)的滿秩矩陣，然后采用傳播算子算法估計(jì)矢量傳感器的導(dǎo)向矢量，最后得到自動(dòng)配對(duì)的方位、仰角(極化參數(shù))的估計(jì)值。針對(duì)基于聲學(xué)矢量傳感器陣列的高精度DOA估計(jì)，給出了一種基于傳播算子的擴(kuò)展孔徑DOA估計(jì)算法，該算法無(wú)需特征分解或奇異值分解進(jìn)行子