無源探測系統(tǒng)DOA估計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、波達(dá)角(Direction of Arrival,DOA)估計(jì)是現(xiàn)代陣列信號處理領(lǐng)域中的重要研究內(nèi)容,它在通信、雷達(dá)、聲納等諸多領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。為了使無源探測系統(tǒng)具有對同時(shí)到達(dá)雷達(dá)信號DOA進(jìn)行估計(jì)的能力,本課題主要針對無源探測系統(tǒng)面臨的復(fù)雜電磁環(huán)境,圍繞陣列天線DOA估計(jì)在無源探測系統(tǒng)中應(yīng)用所面臨的關(guān)鍵問題展開研究。研究內(nèi)容主要包括陣列DOA快速估計(jì)、復(fù)雜雷達(dá)信號DOA估計(jì)以及信源數(shù)估計(jì)與陣列誤差校正問題,針對每個(gè)問題進(jìn)行深入

2、細(xì)致的探討,并提出了相應(yīng)的解決方法。
　　 針對窄帶雷達(dá)信號到達(dá)角快速估計(jì)引入傳播算子方法(Propagator Method,PM)代替?zhèn)鹘y(tǒng)方法中的特征值分解步驟,快速獲得信號和噪聲子空間,解決了無源探測快速實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)DOA估計(jì)的問題。首先對PM算法引入對DOA估計(jì)帶來的誤差進(jìn)行了詳細(xì)分析。在此基礎(chǔ)上,提出了基于PM算法的L型陣2維DOA參數(shù)估計(jì)快速方法并對算法進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。最后,針對PM方法的缺陷,提出了基于PM算法的信

3、源數(shù)與DOA聯(lián)合估計(jì)方法。通過仿真實(shí)驗(yàn)證明設(shè)計(jì)算法可在保證測向精度的同時(shí),具有較高的DOA參數(shù)估計(jì)速度。
　　 在復(fù)雜雷達(dá)信號DOA方面,主要研究了兩方面內(nèi)容。分別針對頻率不同的窄帶雷達(dá)信號和寬帶信號的DOA估計(jì)進(jìn)行了研究。對于分布于寬頻帶的窄帶信號,由于入射信號頻率不同使得傳統(tǒng)算法在未知頻率情況下,難以使用估計(jì)的噪聲子空間或信號子空間獲得正確的目標(biāo)DOA。因此根據(jù)時(shí)空等效性,利用接收信號采樣之間的時(shí)間延時(shí)與陣元之間接收信號程差

4、帶來的等效延時(shí)同時(shí)估計(jì)信號的頻率與DOA參數(shù)。在對均勻線陣條件下頻率與DOA聯(lián)合估計(jì)進(jìn)行分析后,重點(diǎn)研究了任意陣列結(jié)構(gòu)的聯(lián)合估計(jì)問題。在狀態(tài)空間頻率與DOA聯(lián)合估計(jì)方法基礎(chǔ)上,通過對延時(shí)自相關(guān)矩陣的結(jié)構(gòu)變化,提出了基于二階盲分離(Second-Ordor Blind Idnetificaion,SOBI)的DOA與頻率聯(lián)合估計(jì)方法,與狀態(tài)空間的頻率-DOA聯(lián)合估計(jì)相比,其優(yōu)勢在于可以對信號數(shù)多于天線陣元數(shù)的情況進(jìn)行信號的頻率-DOA估計(jì)

5、。最后提出了一種快速的頻率-DOA方法,保證測向精度同時(shí)減小了計(jì)算負(fù)擔(dān)。
　　 對于多個(gè)寬帶信號的DOA估計(jì),本文主要從時(shí)頻分析角度出發(fā),通過對信號的時(shí)頻分析將信號變化到時(shí)頻域或模糊域,實(shí)現(xiàn)多個(gè)寬帶信號的提取及其DOA估計(jì)。相對傳統(tǒng)寬帶信號DOA估計(jì),通過寬帶信號在時(shí)頻平面的能量聚集性,可實(shí)現(xiàn)信噪比(Signlto Noise Ratio,SNR)的提高及信號的時(shí)頻參數(shù)提取,從而改善了DOA估計(jì)性能。由于該類方法需要處理時(shí)空頻3

6、維矩陣,其計(jì)算量相對較大。所以提出了兩種時(shí)頻域DOA快速估計(jì)方法。在時(shí)頻域DOA估計(jì)基礎(chǔ)上,重點(diǎn)研究了時(shí)頻模糊域信號DOA估計(jì)方法,主要針對線性調(diào)頻體制這種確定信號,提出了在模糊域進(jìn)行DOA估計(jì)的思想,設(shè)計(jì)了幾種估計(jì)方法,發(fā)展了時(shí)頻分析在DOA估計(jì)中的應(yīng)用。相對于時(shí)頻域DOA估計(jì),其優(yōu)勢在于可實(shí)現(xiàn)寬窄與寬帶信號自動(dòng)分離;導(dǎo)向矢量結(jié)構(gòu)不包含信號載頻信息,使DOA估計(jì)突破了陣元間距的限制。
　　 對于影響DOA估計(jì)性能的信源數(shù)估計(jì)和

7、陣元通道幅相誤差校正問題,文章將多變量分析的因子分解技術(shù)引入到陣列信號DOA處理當(dāng)中。提出了使用因子分解模型近似陣列接收信號模型。通過統(tǒng)計(jì)信號處理實(shí)現(xiàn)了在色噪聲情況下,對輻射源數(shù)的估計(jì)問題。計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法的估計(jì)性能在一定的虛警概率條件下優(yōu)于傳統(tǒng)的蓋爾圓盤法。并利用因子分解模型,提出了最小方差和列向量比值方法實(shí)現(xiàn)對各個(gè)陣元通道幅度和相位不一致性誤差的估計(jì),通過在系統(tǒng)前端增加輔助信號源的方法,獲取通道幅度和相位不一致性誤差的快速處理。