陣列信號處理中的自校正技術.pdf

1、陣列信號處理作為現代信號處理的一個重要分支，已經被廣泛應用于雷達、聲納、通信、地震勘探等多個領域。由于現有的大多數陣列信號的處理方法都需要精確的知道關于陣列流形的信息，它們的性能會受到各種陣列誤差(例如陣元間互耦等)的嚴重影響甚至失效。因此，一大批研究工作者致力于陣列誤差校正這個領域的研究并提出了很多的校正方法。但是，目前在該領域仍然存在很多問題尚未解決。由于很多環(huán)境下我們不方便放置校正源進行校正，而且陣列的誤差也可能會隨著周圍環(huán)境的改

2、變而發(fā)生改變，因此在本文中，我們主要針對存在陣元間互耦條件下的無源自校正算法展開研究。本文通過對互耦模型的研究，提出了幾種有效的自校正測向算法，主要工作可以概括如下： 首先，我們詳細分析了陣元間的互耦對均勻線陣的影響，發(fā)現在極小概率的情況下會有盲角出現的可能。由于盲角帶來的不利影響，我們在設計陣列的時候就應該盡量避免。在現有的均勻線陣的互耦模型的基礎上，我們證明在陣列兩端設置一定數量的輔助陣元后，MUSIC(multiple s

3、ignal classification)和ESPRIT(estimation of signal parameters via rotation invariance techniques)等基于子空間理論的方法可以直接應用而基本不受到互耦的影響。在得到波達方向(DOA：direction of arrival)的初步估計值后，我們可以利用包括輔助陣元在內的全部陣元的輸出信號來估計互耦系數。而后還可以利用這些互耦系數的估計值來對DOA

4、進行精估計以進一步提高估計的精度。輔助陣元的方法還可以推廣到波束形成方面。利用輔助陣元不但可以有效降低標準的Capon波束形成方法對互耦的敏感性，而且還可以與其他的穩(wěn)健波束形成方法聯合使用來進一步提高性能。色噪聲背景下，同樣可以利用輔助陣元和四階累積量(FOC： fourth-order cumulants)來消除互耦的影響并精確估計出信號DOA。 其次，我們研究了均勻矩形陣列下的互耦模型。由于均勻矩形陣列在各個方向上都具有和均

5、勻線陣類似的幾何結構，我們將輔助陣元的方法拓展到均勻矩形陣列和二維DOA估計的情況，并證明通過將均勻矩形陣列邊緣上的那些陣元設置為輔助陣元，二維MUSIC算法可以不受互耦的影響，其估計性能會有明顯的提升。同時，由于二維空間譜搜索的計算量太過龐大，為了減少其計算量，我們給出一種二次掃描的方法，該方法可以明顯縮短二維空間譜搜索的計算時間。和均勻線陣的情況類似，在得到二維DOA的估計之后也可以用來對互耦系數進行估計。為了衡量算法的整體性能，我

6、們還給出了一般的平面陣列在未知互耦的條件下二維DOA估計和互耦估計的均方誤差理論下界的顯式表達式。通過該下界，我們可以很好的衡量在這種情況下算法的統(tǒng)計性能。 最后，我們以六邊形為例，介紹了兩種平面陣列下的二維自校正測向算法。其中一種算法可以應用于任意的平面陣列，但是其計算量較大；而另一種算法計算量較小，估計精度也較高，但是只能應用于幾何結構具有一定線性的陣列。盡管如此，即使互耦模型失配的情況下，它們仍然可以明顯提高DOA的估計精