基于壓縮譜理論的高效超分辨波達(dá)方向估計算法研究.pdf

1、隨著多重信號分類(MUSIC)算法的提出，波達(dá)角估計迎來了超分辨發(fā)展階段的嶄新一頁。時至今日，超分辨波達(dá)角估計技術(shù)在經(jīng)歷了三十余年的發(fā)展后已取得了異常輝煌的研究成果，然而隨著應(yīng)用的深入，人們發(fā)現(xiàn)理論上性能接近完美的超分辨算法在實(shí)際工程應(yīng)用中依然存在穩(wěn)健性差、計算量大、對陣列結(jié)構(gòu)依賴性強(qiáng)等諸多缺陷。
　　為了推進(jìn)超分辨波達(dá)角估計技術(shù)的工程化進(jìn)度，本文以某工程項目為研究依托，以超分辨實(shí)施的高效性和算法原理適用的廣泛性為研究向?qū)?，進(jìn)行全

2、面研究和深入創(chuàng)新，重點(diǎn)解決現(xiàn)存主流算法運(yùn)算量大、對陣列結(jié)構(gòu)和信號形式依賴性強(qiáng)的缺點(diǎn)，從而為超分辨技術(shù)向?qū)嶋H工程應(yīng)用的轉(zhuǎn)化提供參考。本文的主要研究內(nèi)容和工作創(chuàng)新如下：
　　基于共軛鏡像輻射源思想提出了空間譜對稱壓縮的全新概念，進(jìn)而發(fā)展了一維對稱壓縮超分辨算法，即SC-MUSIC算法。大量仿真實(shí)驗表明：對稱壓縮算法繼承了標(biāo)準(zhǔn) MUSIC算法對于天線陣列結(jié)構(gòu)的任意適應(yīng)性，改善了原算法對靠近目標(biāo)的分辨力，同時將原算法的計算量至少降低了一半

3、。為將SC-MUSIC算法推廣到任意平面陣，提出了變換域DOA概念并發(fā)展了2D-SC-MUSIC算法和TD-SC-MUSIC算法。
　　基于子空間擾動和泰勒級數(shù)近似原理分析了對稱壓縮類算法的“非漸進(jìn)”理論性能，在此過程中，提出了兩種用于求解對稱壓縮類 DOA估計器噪聲子空間的新算法，即求和分解算法和求積分解算法?；谶@兩種新算法，證明了對稱壓縮類DOA估計器的一致性和無偏性，給出了對稱壓縮類DOA估計器均方誤差(MSE)的封閉表達(dá)

4、式。
　　利用空間角度劃分、子空間映射及變換域 DOA等技術(shù)提出了高階壓縮譜概念，發(fā)展了HC-MUSIC和2D-HC-MUSIC兩種高階壓縮算法。高階壓縮算法是對對稱壓縮算法的理論深化，其相比于對稱壓縮類算法進(jìn)一步降低了計算量并改善了分辨力。在高階壓縮類算法關(guān)鍵技術(shù)的突破過程中，提出了兩種求取高階壓縮譜噪聲子空間的新算法，即連續(xù)求和分解算法和連續(xù)求積分解算法。相比于現(xiàn)存算法，這兩種算法的計算量更小，應(yīng)用范圍更廣。
　　依據(jù)連

5、續(xù)求和定理，利用子空間擾動和泰勒級數(shù)近似原理對高階壓縮類算法的“非漸進(jìn)”理論性能展開了研究，從理論上證明了高階壓縮類 DOA估計器的一致性和無偏性，給出了新估計器的MSE表達(dá)式，同時揭示了新估計器MSE和經(jīng)典MUSIC算法MSE的內(nèi)在聯(lián)系。
　　將實(shí)值運(yùn)算和陣列結(jié)構(gòu)的任意性折衷，提出了半實(shí)值超分辨 DOA估計的概念，發(fā)展了兩種基于半實(shí)值運(yùn)算的超分辨算法，即 SU-MUSIC算法和Capon-Like算法。新算法利用陣列接收數(shù)據(jù)協(xié)方