基于中小孔徑陣列的超分辨測向算法.pdf

1、隨著移動通信、遙測遙感與航空航天等技術(shù)的發(fā)展，依靠目標(biāo)輻射的電磁信號進(jìn)行被動方位檢測的技術(shù)越來越受到重視，能夠搭載在艦船、車輛、飛機、衛(wèi)星等移動平臺上的中小型陣列，成為被動測向技術(shù)的重要應(yīng)用平臺。近年來高頻與微波等電子元器件的小型化使得整套天線、微波以及后端處理系統(tǒng)均可集成到很小的空間中，僅占用很小的體積和載荷。但和強大的硬件性能不相匹配，實際使用的被動測向算法測向精度有限，而且難以有效分辨多個空間鄰近信號。近幾十年，以MUSIC與ES

2、PRIT算法為代表的子空間類算法得到廣泛研究，這類算法具備接近克拉美羅界的優(yōu)良測向性能和較強的多信號分辨能力，尤其適用于中小型陣列被動測向系統(tǒng)。但由于工程應(yīng)用中遇到的問題，并未得以廣泛采用。本文針對MUSIC算法在實際系統(tǒng)中遇到的幾種重要問題展開研究，給出了相應(yīng)的解決方案，并自主設(shè)計和實現(xiàn)了一套能夠?qū)嶋H運行MUSIC及其擴展算法的小口徑陣列試驗系統(tǒng)。
　　實際環(huán)境中存在大量窄帶極化信號。利用信號的極化信息提升算法的測向精度與分辨力

3、性能，對被動測向系統(tǒng)有重要意義。文中對常規(guī)MUSIC算法進(jìn)行了擴展，使其能夠應(yīng)用于極化敏感陣列，并對擴展后MUSIC算法的空間譜性質(zhì)進(jìn)行了分析，給出一種能夠顯著降低算法運算量的快速極化MUSIC算法，并對極化敏感陣列在算法精度與分辨力性能上帶來的提升進(jìn)行了理論分析。通過蒙特卡洛仿真說明了算法在精度與分辨力性能上的優(yōu)越性，并給出了計算復(fù)雜度的統(tǒng)計結(jié)果。理論和仿真結(jié)果均說明了算法的有效性。
　　雖然MUSIC等子空間算法具備優(yōu)良的測向

4、與分辨能力，但仍需考慮陣列各類特性對算法的影響，進(jìn)行合理的陣列設(shè)計以充分發(fā)揮算法性能。陣列的特性主要包括陣元的排列方式及其方向圖特性。與傳統(tǒng)DBF等測向算法相似，MUSIC等子空間算法也存在陣列模糊等問題。僅依靠提高陣元密度來克服陣列模糊，會導(dǎo)致算法的復(fù)雜度過高，而較大的陣列口徑會使需要密集的空間譜采樣計算，提高計算復(fù)雜度。文中設(shè)計了一種由不同口徑陣列合成的組合陣列，利用陣元密集的小口徑陣列避免陣列模糊現(xiàn)象，陣元稀疏的大口徑陣列提高算法

5、的性能，并對MUSIC算法做出一定修改，使得算法的運算量得以降低。在陣元方向圖特性方面，本文提出利用陣元方向圖中的幅度和相位的不一致特性提升算法性能的構(gòu)想并設(shè)計了一種考慮陣元特性的修正MUSIC算法，對該構(gòu)想進(jìn)行了理論上的驗證。通過蒙特卡洛仿真進(jìn)一步證實了該方法的可行性。
　　MUSIC等子空間類算法普遍存在難以識別多個相干信號的弱點。實際環(huán)境中，多徑、有源雷達(dá)誘餌等因素都會導(dǎo)致相干信號的出現(xiàn)。有效估計相干信號的入射方向，成為子空

6、間算法在實際應(yīng)用中亟待解決的問題?？紤]到中小型陣列通常架設(shè)于移動平臺上，并受到空間前后向平滑解相干算法的啟發(fā)，文中研究了一種能夠處理相干信號的方案，并針對平臺移動的速度給出不同方法。對高速平臺和曲線運動平臺的解相干算法進(jìn)行了較詳細(xì)的理論分析，在已知平臺的移動特性、陣列的口徑和信噪比、快拍數(shù)等因素時，可據(jù)此計算陣列能否處理相干信號。文中給出了仿真結(jié)果，說明算法的解相干效果。
　　為證實MUSIC等子空間算法在中小型陣列被動測向系統(tǒng)中