基于均匀圆阵的测向算法研究

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均匀圆阵在测向中的应用,感觉写的比较好,推荐。
西安电子科技大学 学位论文独创性(或创新性)声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德,本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果:也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本硏究所做的任何贡献均己在论文中做了明确的说 明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处,本人承担一切的法律责任。 本人签名: 日期: 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定,即:研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印件,允许查阅和借阅论文;学校可以公布论文的全部或部分内 容,可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证,毕业后 结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学 (保密的论文在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密,在年解密后适用本授权书。 本人签名: 日期 导师签名: 日期 万方数据 万方数据 摘要 空间谱估计在短波测向、无线电侦察、雷达目标定位跟踪、智能天线等领域 有着重要的应用。准确的来波方向佔计对提高通信系统容量和目标探测均有着重 要的意义 与线阵相比,圆环阵列(圆阵)能够提供360°全方位、无模糊的方位角估计, 在各个方位上具有近似相同的分辨率,可以同时提供方位角和俯仰角二维角度估 计,具有很大的优越性,更具有实用价值。本文主要对基于均匀圆阵的测向应用 算法进行了研究 均勺圆阵阵列结构的特殊性使得其阵列流型不具有线阵的范德蒙 ( Vandermonde)结构,因而许多用于线阵的优良算法无法直接应用与圆阵,往往 需要进行预处理。基于相位模式激励的波束空间变换算法是针对均匀圆阵所提出 的一种有效的算法,通过波東空间变换可以将均匀圆阵的阵列流型变换成类似线 阵的 Vandermonde矩阵的形式,使得许多基于均匀线阵的优良算法可以应用于均 匀圆阵。基于波東空闾变换的特征结构类算法UCA- RB-MUSIC算法和 UCA- ESPRIT算法给出了两种非常有效的方位角和俯仰角二维角度估计方法。特 别是UCA- ESPRIT算法,不需要谱峰搜索即可以得到闭合形式自动配对的二维角 度估计,可以大大减小运算量。但两种方法对二维相干信源的处理却是无能为力 的。对二维相干信源的处理,我们给出一种利用内插变换结合空间平滑技术的解 相干方法,该方法在给定的变换区域内可以有效地对相干信源进行分辨 最后介绍了一种三通道谱佔计测向方法,利用权微扰方法来获得阵列的协方 差矩阵,进而利用特征结构类算法佔计来波方向。与传统的基于阵元空间的多通 道谱估计方法相比,该方法仅利用三个接收通道来完成谱佔计测向,可以有效地 节约系统硬件成本。计算机仿真结果表明该方法的估计结果更加稳健有效。 关键词:均匀圆阵DOA空间谱估计三通道法内插 万方数据 万方数据 Abstract Spatial spectrum estimation has important applications in shortwave DF (direction finding), radio reconnaissance, radar target tracking and smart antenna etc. Accurate DOA (direction of arrival)estimation has significant implications for capacity enhancement of communication system and target detection Compared with the linear array, circular array can provide 360 unambiguous azimuth angle estimation with approximately constant resolution over the entire azimuth. It also provides elevation angle estimation together with azimuth estimates. These attractive properties make circular array superior to linear array and more valuable in practice. Thus the article mainly focuses on direction finding application algorithms based on UCA(uniform circle array) Because of the special structure of UCA, its array manifold doesnt have a Vandermonde matrix form. So many excellent algorithms for linear array cannot be applied to circular array directly. Preprocessing algorithm is often required. The beam-space transformation algorithm based on phase mode excitation is an effective algorithm for UCA. Employing beam-space transformation the array manifold of UCA can be transformed to an effective manifold that has a vandermonde matrix form like that of a ULa (uniform linear array). Thus many good algorithms based on ULA can be applied to uniform circular array. The two eigenstructure-based estimation algorithms UCA-RB-MUSIC and UCA-ESPRIT that operate in beam-space provide an effective method for 2-D azimuth and elevation angle estimation The UCA-esprit algorithm is especially superior that it provides closed-form automatically paired source azimuth and elevation estimates and the merit of reduced computational complexity. It gives a closed-form solution that no spectral peak searching is required. But the two methods do not work well in a correlated signal environment. In order to resolve coherent signals we propose a spatial smoothing combined with interpolating techniques de-correlation method for 2-D coherent signals. The method can effectively distinguish coherent sources in the given transform sectors Finally a three-channel spectrum estimate DF method, using the weight perturbation method to obtain the array covariance matrix, is introduced Eigen-structure algorithm is employed to estimate the direction of arrivals. Compared with traditional spectrum estimation method based on the element space multichannel method, the proposed method using only three channels to implement spectrum estimation, can effectively save the cost of hardware. Computer simulation results 万方数据 verify that the method provide more robust estimation rest Keywords: UCA DOA Spatial Spectrum Estimation Three-Channel Method Interpolation 万方数据 目录 第一章绪论.… 1国国L通 1 1研究背景及意义 1.2研究历史与发展现状 L国1国园.国国a国国■国日L 1.2.1空间谱估计技术的发展与现状 1.2.2基于均匀圆阵的测向算法研究现状. 13本文的结构及内容安排 第二章空间谱估计理论基础……. 2.1空间谱估计数学模型… 2.1通常情况下的数学模型.… 2.1.2噪声模型 2.1.3相干信源数学模型 555789 22阵列模型的二阶统计特性 23现代高分辨空间谱估计算法 23. I MUSIO算法….12 2.32求根MUsC算法 12 23.3 ESPRIT算法 13 24相干信源的DOA估计……11114 241空间平滑算法………15 2.4.2修正空间平滑算法……… aaa: aasaauaana国 aaaEaEBaua8na n17 第三章基于均匀圆阵的一维测向 19 3.1均勺圆阵的阵列模型 19 3.2均匀圆阵的阵列设置 :aaa1aaaa日aa:a日:aaa日Laa: aaaAaa Id日aa 20 32.1均匀圆阵的方向图 .20 3.22均匀圆阵的阵列设置 3.3基于相位模式激励的波束空间变换 3.3.1均匀圆阵的相位模式激励 3.3.2均匀圆阵的一维测向应用.1124 3.33虚拟线阵与真实线阵的比较…26 34波束空间平滑算法 7 3.5算法仿真与分析 a1a:aa:aaaaⅡaIaaEaaEa:aa1aaIaaaaaaa 27 万方数据 第四章基于均匀圆阵的二维测向.…31 4.1UCA-RB- MUSIC算法 4.IUCA- RB-MUSIC算法的原理…31 41.2算法仿真与分析 34 4.2 UCA-ESPRIT算法.…36 421UCA- ESPRIT算法的原理36 4.2.2算法仿真与分析……… TETTRRITRIN …38 4.3内插变换虚拟阵列平滑算法…….39 43.1内插阵列变换技术 T想 39 4.3.2内插变换虚拟阵列平滑算法 .40 43.3算法仿真与分析………42 第五章一种三通道权微扰谱估计測向方法 45 5.1三通道权微扰法原理 46 5,2阵列协方差矩阵的权微扰估计算法,,,,,47 53算法仿真与分析 …48 54小结…52 第六章全文总结.53 致谢 参考文献 攻读硕士学位期间发表的论文 万方数据

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