基于均匀圆阵的DOA算法研究

摘要

阵列信号处理是信号处理领域的一个重要分支，在无线通信、雷达、声纳等领域有着极其广泛的应用。研究阵列信号处理过程中很重要的工作之一就是要确定空间信号的波达角方向。波达角估计对于所要搜寻的目标进行全面的侦察、精确定位和监视中起着十分重要的作用。因此，在空间谱估计研究中，研究波达角估计算法具有重要的现实意义。
　　由于均匀线阵(ULA)的DOA估计算法是研究均匀圆阵测向的基础，因此在本论文研究均匀圆阵DOA估计算法之前，首先研究了均匀线阵的DOA估计算法，分析了窄带信号模型下均匀线阵测向的几种经典算法，重点研究了经典MUSIC算法和Root-MUSIC算法。分析了均匀圆阵的数学模型特征，以求根MUSIC算法为研究基础，提出了基于均匀圆阵进行测向的两种改进算法。为了减小运算量，满足实际工程的需要，本文提出了一种实值波束域的Root-MUSIC的改进算法，这种改进算法能够达到减小运算量目的。针对实际应用中天线阵元个数多、占用空间范围大的问题，本文提出了一种稀疏矩阵的Root-MUSIC的改进算法，通过稀疏矩阵处理阵列流形，在保证估计精度、分辨率的前提下，可以减小天线的阵元数目，节约成本。对这两种改进算法进行了MATLAB编程仿真，结果证明了改进算法的有效性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究的意义

1．2 国内外技术发展历史及现状

1．2．1 波束形成技术的研究历史和发展现状

1．2．2 UCA测向算法研究现状

1．3 本论文主要工作安排

第2章 基本阵列模型及信号模型

2．1 接受阵列模型

2．1．1 均匀线阵的阵列模型

2．1．2 均匀矩形的阵列模型

2．1．3 均匀圆阵的阵列模型

2．2 均匀圆形阵列的结构特点分析

2．3 窄带信号模型

2．4 噪声模型

2．5 DOA估计性能的参数

2．5．1 估计精度

2．5．2 分辨力

2．5．3 克拉美罗界

2．6 本章小结

第3章 传统波达角估计算法

3．1 基于均匀线阵的DOA估计的传统方法

3．1．1 波束形成法

3．1．2 Capon最小方差法

3．1．3 子空间法

3．1．4 基于线阵的求根MUSIC算法

3．2 均匀圆阵的数学模型

3．3 模式空间虚拟均匀线阵的形成

3．4 基于均匀圆阵的传统MUSIC算法及性能分析

3．4．1 传统MUSIC算法介绍

3．4．2 算法仿真及性能分析

3．5 求根MUSIC算法及性能分析

3．5．1 求根MUSIC算法介绍

3．5．2 算法仿真及性能分析

3．6 本章小结

第4章 基于均匀圆阵的改进算法及仿真

4．1 实值波速域的Root-MUSIC的算法及性能分析

4．1．1 阵列信号模型和复值协方差

4．1．2 实值的协方差矩阵

4．1．3 Unitary-Root-MUSIC算法

4．1．4 算法仿真及性能分析

4．2 稀疏矩阵的的UCA-Root-MUSIC算法及性能分析

4．2．1 波束空间转换

4．2．2 稀疏矩阵的UCA-Root-MUSIC算法

4．2．3 仿真结果及性能分析

4．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢