宽带源方位估计算法研究

摘要

空间谱估计是阵列信号处理的一个重要分支。空间谱估计研究的主要目的是估计信号的参数，如载波频率，波达方向(DOA)等。其中波达方位估计(DOA)多用于雷达、声纳和麦克风阵列语音处理技术，近些年来，在无线通信领域也得到了广泛的应用。
　　 空间谱估计技术发展至今，相关的窄带信号的波达方向(DOA)估计算法已经较为成熟。同时，宽带信号的波达方位估计算法在诸多领域，如声源定位，水下信号与信息处理等方面的应用研究逐渐引起了重视。本文以均匀线阵为基础，对窄带、宽带源的方向估计子空间类算法进行了研究，主要研究工作概括如下：
　　 1.对几种窄带DOA估计算法：波束形成法、线性预测法、多重信号分类(MUSIC)算法及旋转不变子空间(ESPRIT)算法进行讨论。利用统一的仿真模型对各种算法的估计精度进行了统计分析，并与克拉美-罗界(CRB)进行了比较。
　　 2.简要推导了宽带克拉美-罗界(CRB)，并通过计算机仿真验证了宽带CRB的特性。结果表明：单目标方位估计的CRB与信噪比成反比且随着目标方位角的增大而增大；双目标方位估计的CRB也与信噪比成反比，且随着目标方位夹角的增加而降低。对宽带DOA估计算法中的非相干信号子空间算法(ISM)及相干信号子空间算法(CSM)进行研究。提出了一种非相干信号子空间的改进算法，仿真结果表明改进后的ISM算法可以分辨相干宽带信号；同时，对相干信号子空间算法(CSM)的几种聚焦矩阵分别进行了仿真实验，结果表明采用宽带聚焦算法的分辨能力和估计精度都有优于ISM算法。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题来源

1.2研究背景及意义

1.3 DOA技术的研究历史及现状

1.4本文的主要内容和主要工作

第二章DOA估计基础及数学模型

2.1 DOA估计数学基础

2.1.1相关系数

2.1.2特征分解

2.1.3均方误差

2.1.4 Hermitian矩阵和Toeplitz矩阵

2.1.5估计量与克拉美-罗界(CRB)

2.2窄带信号和宽带信号

2.2.1窄带信号

2.2.2宽带信号

2.3阵列信号模型

2.3.1窄带阵列模型

2.3.2宽带阵列模型

2.4本章小结

第三章 典型窄带DOA估计算法估计精度分析

3.1算法分类

3.2波束形成法

3.3线性预测法

3.3多重信号分类(MUSIC)算法

3.4旋转不变子空间(ESPRIT)算法

3.5仿真结果与分析

3.6本章小结

第四章基于噪声子空间的宽带DOA估计算法研究

4.1宽带信号处理的特点

4.2宽带目标方位估计的克拉美-罗界

4.2.1宽带CRB的推导

4.2.2仿真结果与分析

4.3非相干信号子空间算法

4.3.1基本算法

4.3.2基于奇异值分解的ISM算法

4.3.3仿真结果与分析

4.4相干信号子空间算法

4.4.1非酉聚焦矩阵

4.4.2对角聚焦矩阵

4.4.3 RSS聚焦矩阵

4.4.4稳健的聚焦矩阵

4.4.5不需要目标方位预估计的聚焦矩阵

4.5本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间完成的论文及参加的科研项目