發(fā)布時間：2018-04-11 17:32

  本文選題：陣列信號處理 + 非圓信號�。� 參考：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：近年來,利用信號的統(tǒng)計特性提升波達方向(DOA)估計算法的性能已經(jīng)成為陣列信號處理的一個重要研究領(lǐng)域。其中,非圓信號因在陣列孔徑拓展和估計精度提升等方面的優(yōu)異性能,更是獲得了越來越多的關(guān)注。非圓信號是指統(tǒng)計特性不具有旋轉(zhuǎn)不變性的信號類型,其在現(xiàn)代通信領(lǐng)域十分常見,如AM、BPSK和UQPSK等信號。同時,隨著現(xiàn)代雷達和通信等系統(tǒng)對DOA估計分辨率和估計精度的要求不斷提高,對于高性能DOA估計算法的需求也日漸迫切。因此,基于非圓信號的高分辨DOA估計算法研究具有十分重要的理論意義和實用價值。目前對此問題的研究雖然取得了一定的成果,但是針對任意非圓率信號和相干非圓信號等方面的研究尚不充分。本論文在現(xiàn)有成果的基礎(chǔ)上,針對這一問題進行了進一步的研究,主要工作可以簡要概括如下:1.為提高任意非圓率信號的DOA估計性能,我們將信號的非圓特性和陣列的中心對稱特性相結(jié)合,提出了基于中心對稱陣列的高分辨DOA估計算法。實際應(yīng)用中的多數(shù)陣列都屬于中心對稱陣列,如均勻線陣、對稱線陣和均勻面陣等。由于中心對稱陣列的陣元關(guān)于中心點對稱,則對稱陣元接收遠場信號時,相對中心點的時延正好相反。因此,陣列導(dǎo)向矢量具有共軛對稱特性。聯(lián)合利用導(dǎo)向矢量的共軛對稱性和信號的非圓特性,可以直接得到各個信號入射方向?qū)�向矢量的估計。再根�?jù)導(dǎo)向矢量和DOA的關(guān)系,就可以求解出所有的入射角度。我們不僅給出了一維DOA估計方法,而且以均勻面陣和均勻圓陣為例,給出了二維的DOA估計方法。并通過仿真實驗驗證了所提算法在分辨率、估計精度和對噪聲的魯棒性等方面的顯著優(yōu)勢。2.對于多徑傳播條件下的非圓信號DOA估計,由于存在相干信號,信號協(xié)方差矩陣秩缺,導(dǎo)致傳統(tǒng)高分辨算法失效。對此,我們提出一種分組處理相干非圓信號的DOA估計算法。首先,通過利用非圓特性估計各組的組導(dǎo)向矢量,并同時利用前向和后向的組導(dǎo)向矢量進行Toeplitz矩陣重構(gòu),得到各組對應(yīng)的合成矩陣。對這些矩陣進行分解,就可以利用傳統(tǒng)高分辨算法得到各組的初始DOA估計。為進一步提高估計精度,利用各組初始的估計結(jié)果重構(gòu)對應(yīng)的組導(dǎo)向矢量,再利用矩陣斜投影和前后向空間平滑得到更為精確的DOA估計。由于實現(xiàn)了分組估計,使得算法需要的陣元數(shù)減小,而估計精度卻得到提高。仿真實驗驗證了所提算法的優(yōu)越性能,尤其在低信噪比和小快拍的情況下,所提算法仍能準(zhǔn)確地進行DOA估計。
[Abstract]:In recent years, improving the performance of DOA estimation by using the statistical characteristics of signals has become an important research field in array signal processing.Among them, non-circular signals have attracted more and more attention because of their excellent performance in array aperture expansion and estimation accuracy improvement.Non-circular signal is a kind of signal whose statistical characteristics are not rotation-invariant, and it is very common in modern communication fields, such as AM-BPSK and UQPSK signals.At the same time, with the increasing demand for the resolution and accuracy of DOA estimation in modern radar and communication systems, the demand for high-performance DOA estimation algorithm is becoming more and more urgent.Therefore, the research of high resolution DOA estimation algorithm based on non-circular signal has very important theoretical significance and practical value.Although some achievements have been made in the research of this problem, the research on arbitrary non-circular rate signal and coherent non-circular signal is not sufficient.On the basis of the existing achievements, this paper makes a further study on this problem, the main work can be summarized as follows: 1.In order to improve the performance of DOA estimation for arbitrary non-circular rate signals, a high-resolution DOA estimation algorithm based on center-symmetric arrays is proposed by combining the non-circular characteristics of the signals with the centrosymmetric characteristic of the array.Most arrays in practical applications belong to centrosymmetric arrays, such as uniform linear arrays, symmetrical linear arrays and uniform plane arrays.Because the elements of a centrosymmetric array are symmetric with respect to the center point, the delay relative to the center point is just the opposite when the symmetric array element receives the far-field signal.Therefore, the array guidance vector has conjugate symmetry.By combining the conjugate symmetry of the steering vector and the non-circular characteristic of the signal, the estimation of the steering vector in the incident direction of each signal can be obtained directly.According to the relationship between the steering vector and the DOA, all the angles of incidence can be solved.We not only give one-dimensional DOA estimation method, but also give two-dimensional DOA estimation method by taking uniform plane matrix and uniform circular array as examples.The simulation results show that the proposed algorithm has significant advantages in terms of resolution, estimation accuracy and robustness to noise.For the DOA estimation of non-circular signals under multipath propagation, because of the existence of coherent signals and the lack of rank of the signal covariance matrix, the traditional high-resolution algorithm is invalid.To solve this problem, we propose a DOA estimation algorithm for processing coherent noncircular signals.Firstly, the group guidance vectors of each group are estimated by using non-circular properties, and the Toeplitz matrix is reconstructed by both forward and backward group guidance vectors, and the corresponding composite matrices are obtained.By decomposing these matrices, the initial DOA estimation of each group can be obtained by using the traditional high resolution algorithm.In order to further improve the estimation accuracy, the corresponding group guidance vector is reconstructed by using the initial estimation results of each group, and the more accurate DOA estimation is obtained by matrix oblique projection and forward and backward spatial smoothing.Due to the realization of packet estimation, the number of matrix elements needed by the algorithm is reduced, but the estimation accuracy is improved.The simulation results show that the proposed algorithm has good performance, especially in the case of low signal-to-noise ratio (SNR) and small rapid-shot, the proposed algorithm can be used to estimate DOA accurately.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN911.7

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本文編號：1736977