共形相控陣波束形成與DOA估計(jì)算法研究.pdf

1、陣列信號(hào)處理是信號(hào)處理領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，其最主要研究?jī)?nèi)容包括自適應(yīng)波束形成（Adaptive Beamforming, ABF）和波達(dá)方向（Direction Of Arrive，DOA）估計(jì)。ABF和DOA估計(jì)可提高陣列天線的性能，在軍用與民用方面具有廣泛的應(yīng)用前景。陣列信號(hào)處理的基礎(chǔ)是陣列結(jié)構(gòu)。由于考慮了空氣動(dòng)力學(xué)或水力學(xué)，共形陣能進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能。均勻圓陣（Uniform Circular Array,UCA）和球陣（Sphe

2、rical Array）是共形陣中比較典型的陣列結(jié)構(gòu)，可提供360°的方位角覆蓋，并且在各個(gè)方向上可具有相同的測(cè)向性能。此外，它們還能提供俯仰角信息。因此，與均勻線陣和其他的一些平面陣相比，均勻圓陣更適于被應(yīng)用在雷達(dá)、聲納和無(wú)線通信等領(lǐng)域，而由于球陣能提供180的俯仰角覆蓋范圍，其更適于應(yīng)用在衛(wèi)星通信領(lǐng)域。本文主要研究了基于均勻圓陣和球形陣列的自適應(yīng)波束形成和DOA估計(jì)算法。主要工作和貢獻(xiàn)有：
　?。?）均勻圓陣常規(guī)去相干波束形成

3、算法中模式變換引起噪聲功率發(fā)生改變，從而導(dǎo)致算法性能下降。針對(duì)該問(wèn)題，提出了一種給同心雙圈陣列加權(quán)的方法來(lái)消除模式變換給噪聲功率帶來(lái)的變化。仿真結(jié)果表明該方法大大改善了輸出SINR。
　?。?）提出了一種高效的實(shí)值權(quán)去相干波束形成算法。該算法可以通過(guò)只使用實(shí)值權(quán)來(lái)抑制相干干擾，并且不需進(jìn)行空間平滑去相干，因此大大減小了計(jì)算量。此外，它在低信噪比和小快拍下能快速收斂，并性能穩(wěn)定。
　?。?）提出了一種均勻圓陣的相干信源DOA估

4、計(jì)的差分算法。該方法具有很強(qiáng)的信源過(guò)載能力，且兼顧了相干及非相關(guān)信源的分辨。
　?。?）提出了一種未知互耦條件下的快速DOA估計(jì)算法，并給出了一種新的除偽方法。相對(duì)于互耦效應(yīng)存在時(shí)常規(guī)的盲 DOA估計(jì)算法，所提算法的計(jì)算量顯著降低。
　?。?）提出了一種互耦效應(yīng)存在時(shí)的基于稀疏均勻圓陣的混合算法。與互耦效應(yīng)存在時(shí)已有的計(jì)算量較小的二維 DOA估計(jì)算法不同的是，該算法不需要足夠多的陣元來(lái)支撐其采用傳統(tǒng)的波束空間變換。以陣列流形

5、分解技術(shù)為基礎(chǔ)，我們提出了一種改進(jìn)的 UCA-RARE來(lái)估計(jì)方位角，并使用 Root-MUSIC算法來(lái)估計(jì)俯仰角。對(duì)于稀疏均勻圓陣來(lái)說(shuō)，與UCA-RARE相比，改進(jìn)的UCA-RARE能夠消除一些由陣列稀疏帶來(lái)的偽解。陣列流形分解引入的截?cái)嗾`差影響 DOA估計(jì)精度，因此，我們分析了該誤差對(duì)DOA估計(jì)的影響。
　?。?）研究了三種球形陣列的陣元分布方式，并討論了它們的球形模式變換。同時(shí)還研究了一種球形ESPRIT算法，完善了該算法并對(duì)