非规则高频阵列综合及DOA算法研究

摘要

高频地波雷达因其超视距探测、全天候工作、抗干扰能力强等特点而受到越来越多的关注，被广泛应用于军事和经济领域，例如远距离预警，对海洋经济专属区（EEZ）的监测等。但是由于高频雷达本身工作频率（3~30MHz）的限制，其接收阵列天线尺寸庞大，在岛屿、舰船上布阵时，无法获得足够的布阵空间将高频雷达布置成规则直线阵或平面阵。针对这一问题，本文对非规则高频阵列的阵列综合及DOA估计问题展开研究。
　　首先研究非规则高频阵列的数学模型，所谓非规则阵列是相对于均匀直线阵而言的。本文以圆弧阵和非规则直线阵为主要研究对象，给出两种阵列的方向图表达式，并对圆弧阵和非规则直线阵的方向图性能进行仿真分析。在此基础上，将两种基本DOA估计算法（Capon算法和MUSIC算法）应用于两种阵列上，并与算法应用于相同孔径的均匀直线阵时进行对比，分析基本DOA估计算法的性能。
　　然后针对圆弧阵和非规则直线阵的方向图与相同孔径的均匀线阵方向图作对比时，得到两种阵列的旁瓣电平高于均匀直线阵，且非规则直线阵的波束指向发生偏移，产生方向图畸变的问题，进行阵列方向图综合研究。由于阵列结构不再是均匀线阵，传统的解析法已不再适用，考虑将优化算法应用于非规则高频阵列方向图综合问题上，主要研究遗传（GA）算法和粒子群（PSO）算法。分别分析两种优化算法只进行阵元幅度优化、只进行阵元相位优化和幅相同时优化的性能，选取只进行阵元幅度优化的方法进行圆弧阵和非规则直线阵方向图综合。并结合遗传算法和粒子群算法各自的优点，提出基于混合遗传粒子群算法的阵列方向图优化方法，并将其应用于圆弧阵列和非规则直线阵，验证算法的有效性。
　　接下来研究适用于两种阵列的相干和非相干信号源 DOA估计算法，对于非相干信号源，研究基于二阶导数的 MUSIC算法、改进的 MUSIC（MMUSIC）算法和改进的共轭MUSIC（MCMUSIC）算法，仿真分析算法的性能。对于相干信号源，研究利用虚拟内插技术实现非规则高频阵列的DOA估计，仿真验证算法的有效性。

目录

第1章 绪 论

1.1课题背景和研究的目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3本文的主要研究内容

第2章 非规则高频阵列数学模型及基本DOA算法

2.1引言

2.2阵列信号数学模型

2.3非规则阵列数学模型

2.4基本DOA估计算法

2.5本章小结

第3章 非规则高频阵列方向图综合

3.1引言

3.2优化算法简介

3.3基于优化算法的方向图优化的实现

3.4基于优化算法的非规则高频阵列方向图综合

3.5本章小结

第4章 非规则高频阵列DOA估计算法研究

4.1引言

4.2非相干信号DOA估计算法研究

4.3相干信号DOA算法研究

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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致谢