基于成對陣列的多信號檢測與測向算法研究.pdf

1、陣列信號處理在電子對抗、無線電通信、衛(wèi)星導(dǎo)航、地震探測、醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。幾十年來，學(xué)者們對陣列信號處理的各個(gè)問題進(jìn)行了廣泛的研究，形成了陣列信號處理的基本算法和實(shí)現(xiàn)框架。在實(shí)際應(yīng)用中，陣列信號處理還存在大量的問題有待解決。本文針對陣列信號處理中的一些重要問題，包括陣列結(jié)構(gòu)、陣列接收數(shù)據(jù)模型、多信號檢測技術(shù)、空間參數(shù)估計(jì)等問題進(jìn)行了深入研究，獲得了大量有益的研究結(jié)論，提出了一系列有效的算法，并進(jìn)行了相應(yīng)的仿真驗(yàn)證和理論

2、分析。本文的主要研究內(nèi)容和貢獻(xiàn)歸納如下：
　　1、對成對陣列的性質(zhì)進(jìn)行了完整的分析，并給出了接收數(shù)據(jù)模型，首次提出短時(shí)相干子陣陣列、短時(shí)相干成對陣列等概念，奠定了本文利用遠(yuǎn)距離分布的非相干子陣接收數(shù)據(jù)的理論基礎(chǔ)。對成對陣列的相關(guān)理論進(jìn)行了系統(tǒng)性的研究，充分地論述了成對陣列在陣列信號處理中的優(yōu)勢，系統(tǒng)地給出了成對陣列的處理方法。從當(dāng)前工程實(shí)現(xiàn)水平出發(fā)，分析了短時(shí)相干現(xiàn)象，提出了短時(shí)相干子陣陣列以及短時(shí)相干成對陣列等概念。論述了短時(shí)相

3、干成對陣列在進(jìn)一步提高子陣接收數(shù)據(jù)利用率上的基礎(chǔ)性作用。
　　2、提出了基于功率的多信號檢測技術(shù)。分析了經(jīng)典信息論準(zhǔn)則的不足，在陣列信號領(lǐng)域提出了以功率辨識信源個(gè)數(shù)的新方法，解決了信息論準(zhǔn)則存在的問題。利用了成對陣列的性質(zhì)，穩(wěn)健地估計(jì)得到信源功率。通過對傳統(tǒng)信息論準(zhǔn)則進(jìn)行改進(jìn)，得到了估計(jì)性能優(yōu)異的Power-AIC方法和均值判決法。拓展了時(shí)域能量檢測技術(shù)的適用范圍，提出了空域功率(能量)檢測方法。提出了多信號檢測后的精度提高算子，

4、增強(qiáng)了信源個(gè)數(shù)估計(jì)和空間參數(shù)估計(jì)在實(shí)現(xiàn)中的連續(xù)性。
　　3、研究了基于二維成對陣列的參數(shù)估計(jì)問題，提出了一種低計(jì)算復(fù)雜度的快速估計(jì)算法。分析并利用了二維成對陣列雙平行陣的中心對稱特性，將陣列接收的復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)數(shù)據(jù)，從而降低了后續(xù)的矩陣運(yùn)算的計(jì)算復(fù)雜度。分別利用特征值和特征向量以及兩者之間的一一對應(yīng)特性，估計(jì)得到了自動(dòng)配對的方位角和俯仰角。所提算法在估計(jì)性能不降低的前提下，從多個(gè)方面降低了空間參數(shù)估計(jì)的計(jì)算復(fù)雜度。
　　

5、4、研究了基于短時(shí)相干成對陣列的遠(yuǎn)場信源DOA估計(jì)問題。給出了短時(shí)相干成對陣列的遠(yuǎn)場信源接收數(shù)據(jù)模型。分析了短時(shí)相干成對陣列的廣義旋轉(zhuǎn)不變特性，通過構(gòu)造代價(jià)函數(shù)，提出了基于短時(shí)相干成對陣列的遠(yuǎn)場信源DOA的譜峰搜索估計(jì)算法。所提算法有效地利用了傳統(tǒng)意義上的非相干子陣陣列的子陣數(shù)據(jù)，獲得了比傳統(tǒng)方法更優(yōu)的估計(jì)性能。
　　5、研究了所提短時(shí)相干成對陣列的近場信源估計(jì)問題，提出了兩種近場信源空間參數(shù)的估計(jì)算法。分析了基于短時(shí)相干成對陣列

6、的近場信源接收數(shù)據(jù)模型的準(zhǔn)確性。相對于傳統(tǒng)近場信源的Fresnel近似模型，短時(shí)相干成對陣列的近場信號模型能夠更準(zhǔn)確地表示信源入射的情況。針對單信源入射情況，利用成對陣列提出了一種低計(jì)算復(fù)雜度的ESPRIT-like算法。針對多信源入射情況，利用對稱分布的短時(shí)相干成對陣列，提出了一種解耦迭代估計(jì)算法。所提兩種算法，充分利用了傳統(tǒng)非相干子陣陣列的接收數(shù)據(jù)，具有優(yōu)異的估計(jì)性能，分別適用于單近場信源空間參數(shù)的實(shí)時(shí)估計(jì)以及多近場信源的空間參數(shù)估