非理想系統(tǒng)假設(shè)下陣列信號多信源多參數(shù)聯(lián)合估計.pdf

1、陣列信號處理是現(xiàn)代信號處理領(lǐng)域的一個重要研究內(nèi)容，在雷達、聲納、移動通信、電子對抗、醫(yī)學(xué)工程、地質(zhì)勘探、射電天文等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景，岡此在近幾十年來受到人們的關(guān)注，并取得了豐碩的成果。應(yīng)用陣列處理方法進行空間目標定位可以大大提高其測向精度與分辨率，同時求取入射信號頻率、時延、極化狀態(tài)等信息對于確定目標速度、距離以及分類特征等狀態(tài)也極為重要，因此波達方向與此類參數(shù)的聯(lián)合估計問題是陣列信號處理的重要內(nèi)容。另一方面，陣列處理方法多基于

2、遠場信號源平面波前、理想傳感器陣列、獨立高斯白噪聲環(huán)境等理想假設(shè)條件構(gòu)造，當此類假設(shè)條件得不到滿足時，算法估計性能與穩(wěn)健性下降，甚至于失效。本文在前人的基礎(chǔ)上較為深入地研究了入射信號多參數(shù)聯(lián)合估計與非理想條件下參數(shù)估計的問題，給出了一系列有效的算法，并通過理論分析與仿真實驗進行了驗證，其主要工作包括以下幾個方面內(nèi)容： 1.對陣列信號處理的基本數(shù)學(xué)模型進行了研究，并給出了利用傳感器陣列流形矩陣求取入射信號二維波達方向的最小平方求解

3、方法。最小平方方法可應(yīng)用于任意結(jié)構(gòu)傳感器陣列，只需要保證空域采樣定理要求即可，具有廣泛的適用性和實際的應(yīng)用價值。 2.深入研究了波達方向等多參數(shù)聯(lián)合估計的問題。首先，提出了聲納、雷達等系統(tǒng)單次回波下波達方向、頻率與相對時延的聯(lián)合估計的時域累積方法和基于時延補償?shù)目諘r擴展DOA矩陣方法。其中時域累積方法在計算量與穩(wěn)健性等方面優(yōu)于現(xiàn)有空域累積方法；而空時擴展DOA矩陣法通過時延補償處理將原本只能應(yīng)用于平穩(wěn)信號的時域平滑技術(shù)擴展至非平

4、穩(wěn)單脈沖回波信號的領(lǐng)域，具有更高的參數(shù)估計精度與穩(wěn)健性，且可應(yīng)用于任意陣列結(jié)構(gòu)。其次，基于類似于脈沖多普勒體制的相參脈沖串信號，提山了脈沖累積二維波達方向、頻率與相對時延聯(lián)合估計方法。脈沖累積方法也可應(yīng)用于任意結(jié)構(gòu)的陣列，可同時處理更多目標，最少僅用兩個脈沖即可完成對于諸參數(shù)的聯(lián)合估計。與單脈沖方法不同的是，由于脈沖累積方法輸入信息量隨脈沖數(shù)目的增加而同步提高，因此對性能改善更加明顯。第三，針對電子偵察中二維波達方向、載波頻率與二維極化

5、方向的聯(lián)合估計問題，通過時域平滑技術(shù)給出了一種有效的擴展波達方向矩陣法。與現(xiàn)有類似算法相比較，新方法可應(yīng)用于任意陣列結(jié)構(gòu)、各參數(shù)自動對齊、可同時處理更多的目標。理論分析與仿真實驗證實了算法的有效性。 3.對于近場源、時變傳感器陣列系統(tǒng)與未知相關(guān)噪聲環(huán)境等非理想條件下多參數(shù)聯(lián)合估計問題進行了研究。在近場源非平面波前條件下波達方向、載頻與距離聯(lián)合估計的方面，論文中分別山了二階累積量協(xié)方差矩陣法(SCMM)和時域平滑DOA矩陣法。其中

6、SCMM算法計算量小，各參數(shù)自動匹配；時域平滑DOA矩陣法的協(xié)方差矩陣對于數(shù)據(jù)利用充分，參數(shù)估計性能高，采用較小的陣列即可達到很高的穩(wěn)健性與估計精度。在時變傳感器陣列參數(shù)估計的方面，首先對現(xiàn)有波達方向估計的虛擬插值方法進行了分析，指出從物理陣列到虛擬陣列的映射過程存在著信噪比衰減與噪聲非理想化等現(xiàn)象，由此導(dǎo)致算法在估計性能上存在明顯的不足。針對時變陣列系統(tǒng)波達方向與頻率聯(lián)合估計的問題，論文中提出了更有效的相干分區(qū)間MUSIC和ESPRI

7、T方法，通過將各個子區(qū)間的輸出數(shù)據(jù)融合為一個虛擬擴展陣列輸出，并就此進行一次性估計處理。研究表明，由于此虛擬擴展陣列具有更大的有效孔徑，使得由此給出的諸參數(shù)估計可以具有更高的估計精度與穩(wěn)健性。而在未知相關(guān)噪聲環(huán)境多參數(shù)估計方面，首先將UN-ESPRIT算法擴展至二維波達方位與頻率等三維參數(shù)聯(lián)合估計，再針對UN-ESPRIT算法陣列結(jié)構(gòu)要求進行了適當?shù)暮喕?，提山了有效的FR-ESPRIT方法。其次，提山了一種可應(yīng)用于任意結(jié)構(gòu)分置傳感器陣列