相干信号的二维超分辨测向方法研究与实现

摘要

近年来，国内外兴起对新型无源探测系统的研究，同时由于数字信号处理芯片技术的飞速发展，使一些原本计算量大、耗时长的测向算法在工程上的应用成为可能。本课题所要研究的就是利用非合作源，在相干信号情况下对多目标进行二维超分辨测向的实用方法及其硬件实现。 在算法研究方面，本文在介绍阵列信号处理和超分辨测向技术基本原理的基础上，建立了基于MUSIC算法的平面任意几何形式天线阵列的二维超分辨测向数学模型，分别以双排均匀线阵、均匀圆阵、均匀正方形阵和均匀L阵等阵列形式为模型进行了计算机仿真实验，对这几种阵列的二维测角精度和稳健性进行了较全面的比较分析，得出了较理想的阵列设计方案。同时，针对相干信号的二维超分辨测向这一关键技术问题，本文提出了一种以多排均匀线阵为测向模型，对接收数据阵进行共轭重构预处理，再利用MUSIC算法完成二维DOA估计的方法。通过仿真实验，验证了该方法不仅能有效解决相干信号的二维超分辨测向问题，并且能改善原MUSIC算法在复杂信号条件下的测向性能，具有较高的稳健性，且算法步骤清晰，易于工程实现。 在硬件研制方面，本文提出了以高速DSP和FPGA为核心的实时测向处理系统设计方案，完成了器件的选型、多层PCB板的设计、DSP软件程序的编写和调试、FPGA逻辑模块的编程与调试、单板实时测向演示，同时参与整个无源探测装置的联调。与PC机通信进行实时测向演示的测试结果表明，本设计所实现的测向处理系统可在方位角0°～360°，仰角0°～90°范围内进行二维测向，方位角和仰角的DOA估计平均误差都在±1°以内。该系统在硬件和软件上均已达到课题的技术指标，具有一定的工程实用性，可为今后的超分辨测向系统研究提供一些技术参考。

目录

文摘

英文文摘

哈尔滨工程大学学位论文原创性声明

第1章 绪论

第2章 阵列测向技术与算法分析

第3章 改进MUSIC算法的分析与仿真

第4章 基于高速DSP的测向系统硬件开发

第5章 测向系统的软件设计与系统调试

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

附录A 测向处理板实物照片