快速穩(wěn)健的參數(shù)估計及波束形成技術(shù)研究.pdf

1、陣列信號處理是現(xiàn)代信號處理的一個重要的分支，其應(yīng)用廣泛的涉及到雷達、聲吶、導航、通訊、成像、地質(zhì)勘探和生物醫(yī)學工程等諸多領(lǐng)域。因此對于該領(lǐng)域的研究有著重要的理論和應(yīng)用價值。本論文的主要研究內(nèi)容是陣列信號處理系統(tǒng)中的參數(shù)估計和波束形成技術(shù)，其目的是為了研究不同的噪聲背景下快速有效的子空間估計方法，以及建立快速穩(wěn)健的波束形成技術(shù)。 論文主要的工作如下： 1)針對多級維納濾波器(MSWF)用于子空間估計時信號特征矢量泄漏到噪聲

2、子空間的問題，提出了一種新的信號子空間估計算法，該算法不需要訓練信號和信源個數(shù)的先驗知識。對于信源個數(shù)的確定，給出了一種信源檢測的后判斷方法，最終完成信源個數(shù)及方向的同時估計。整個算法不需要協(xié)方差矩陣的計算和特征值的分解，具有較低的計算復雜度。 2)對于空間相關(guān)噪聲下的快速DOA估計，我們把時間相關(guān)信息引入到多級維納濾波器算法中，提出了基于空時相關(guān)的多級維納分解算法，用于快速估計空間相關(guān)噪聲下信源的波達方向。同時針對相干信源情況

3、我們給出了前后向平滑的多級維納子空間估計快速算法，用于快速估計相干信源的波達方向。 3)針對基于采樣協(xié)方差矩陣冪的快速子空間估計方法中存在的缺點：需要預先知道信源個數(shù)的先驗知識以及分離信號與噪聲特征值的門限。本文提出了一種基于QR分解的Power-ESPRIT(以下簡稱QP-ESPRIT算法)新算法。首先使用采樣數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣的冪(Power)獲得噪聲子空間的估計，然后對噪聲子空間進行QP,分解并使用R矩陣估計信源個數(shù)，提出了無

4、特征分解的信源個數(shù)檢測算法一SDWED算法。進而，信號子空間的特征向量就可以由Q矩陣確定，從而應(yīng)用ESPRIT算法獲得信源波達方向的估計。 4)提出了一種基于多極維納濾波器的快速穩(wěn)健廣義旁瓣相消(GeneralizedSidelobeCanceller,GSC)波束形成器。首先根據(jù)多級維納分解推導出計算加載量方程，從而得到精確的加載量，進一步結(jié)合提出的匹配濾波器加載技術(shù)，使得算法達到了穩(wěn)健的性能。該算法不需要計算陣列的協(xié)方差矩陣

5、及其特征值分解，因此極大的降低了算法的計算復雜度。 5)提出了一種自適應(yīng)參數(shù)選擇的穩(wěn)健波束形成算法，克服了固定誤差參數(shù)的選擇對于穩(wěn)健波束形成算法性能的影響。該算法使用雙約束最壞性能的最優(yōu)化問題，推導出了計算加載量的方程，并根據(jù)該方程的特性，提出了自適應(yīng)確定誤差參數(shù)的方法。與基于固定加載和特征空間等穩(wěn)健波束形成算法的仿真實驗對比證明了所提算法的穩(wěn)健性和有效性。 6)使用了一種非監(jiān)督的聚類算法一FCM算法，提出了非監(jiān)督特征值