基于STFD矩阵的线性调频信号的宽带DOA估计

摘要

波达方向(DOA)估计是阵列信号处理的一个重要的研究方向,其估计算法随着不断的研究和发展已经越来越趋于成熟。从原来的面向窄带信号的DOA估计发展到宽带信号的DOA估计,从阵列阵元数大于待估计信号源个数的超定条件的DOA估计,发展到需要在阵元个数一定的条件下估计多于阵元个数的信号源的欠定条件的DOA估计,估计的对象也分类为窄带信号、宽带平稳信号及宽带非平稳信号等多种形式,其中宽带信号相比窄带信号携带的信息量更大,应用更广,所以宽带信号的DOA估计近些年受到了更多的关注和研究。在众多的DOA估计方法中,空间时频分析方法综合考虑了信号的空域、时域及频域三维的信息,相比于时频分析方法以及传统的相干信号子空间方法,在相同条件下对信号的DOA估计性能更好,所以空时频分析方法近些年成为信号波达方向估计的一大热点。同时,在阵列结构及阵元个数固定的情况下,如何能准确地估计更多的甚至成倍于阵元个数的信号源数,也成为更多的时候需要考虑的问题,也就是欠定条件下的波达方向估计。本文结合空间时频分析的方法,对宽带线性调频信号的DOA估计方法进行了研究。
　　本文首先介绍了阵列信号处理的背景和研究意义,分析并总结了DOA估计算法的研究现状及发展方向,并对本文的主要使用方法----空时频分析方法的研究现状及欠定条件下的DOA估计方法进行了研究和分析。然后,在研究信号及阵列模型的基础上,并分别研究了基本的窄带信号DOA估计算法和宽带信号DOA估计算法。重点对宽带信号DOA估计算法中的CSM算法做了研究和分析,包括其中聚焦思想的核心----聚焦矩阵的构造方法及聚焦频率的选择方法,以及本文的算法基础---空间时频分析法;对于欠定条件下的DOA估计问题,详细介绍了一种近两年提出的性能比较好的KR子空间方法。接下来以宽带线性调频信号作为主要研究对象,在基于空间时频分析的方法上,结合传统的CSM算法中的聚焦思想,充分利用了线性调频信号的时频特征信息,实现了超定条件下对宽带线性调频信号的DOA估计,通过推导和仿真,结果证明STFD-CSM算法的估计精度明显高于传统的CSM等方法,证明了此种DOA估计算法提出的意义和有效性。最后考虑在欠定条件下的DOA估计。同样以宽带线性调频信号为研究对象,利用信号的非平稳性及在短时内的近似平稳特性,提出了结合空间时频分析法和欠定DOA估计中的KR子空间方法的STFD-KR欠定DOA估计方法,经过推导和分析,证明此方法可以实现在欠定条件下的宽带线性调频信号的DOA估计,同时在原KR子空间方法基础上提高了估计的精度。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 研究目的和意义

1.3 DOA估计的研究现状与分析

1.4 论文的主要工作及内容安排

第2章 信号模型及阵列模型

2.1 引言

2.2 宽带信号模型

2.3 阵列模型

2.4 本章小结

第3章 宽带DOA估计算法与仿真

3.1 引言

3.2 窄带信号的DOA估计算法与仿真

3.3 宽带信号的DOA估计算法与仿真

3.4 空间时频分析法

3.5 本章小结

第4章 基于线性调频信号的DOA估计

4.1 引言

4.2 基于STFD的线性调频信号的超定DOA估计

4.3 基于KR子空间方法的线性调频信号的欠定DOA估计

4.4 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢