基于非均匀阵列的波束空间DOA估计研究

摘要

随着现代无线技术的不断发展，使得智能天线、多输入多输出系统、雷达、声呐等技术水平得以不断提高，而这些技术都对波达方向(DOA)估计提出了更高的要求，因此DOA估计成为了当今学者研究的重点领域。其中非均匀阵列和均匀阵列相比具有阵元数量小，方向图可调节的特点，成为DOA估计的研究热点;波束空间预处理则可以降低所需处理信号维数，提高信噪比门限，也属于DOA估计的重要研究课题。本文将非均匀阵列和波束空间预处理结合进行了一些有益的研究，概括如下:
　　首先，基于一维Butler网络进行了波束空间DOA估计，将天线阵列接收到的信号通过Butler网络形成波束空间信号，再从波束空间信号中选择若干信号运用MUSIC算法进行DOA估计。该技术可以使用现成的Butler网络进行测向，误差比传统方法小;与MUSIC方法相比计算量和信噪比门限较低;当阵元间距大于半波长时，由Butler网络的特性可以消除伪峰的影响，仿真实验验证了该算法的正确性。
　　接着，研究了一种基于非均匀线阵的最优化波束空间DOA估计算法。使用粒子群算法设计了一种具有平坦陡峭波束增益的非均匀线阵用于抑制干扰信号，并采用最优化波束空间技术设计了波束变换矩阵用于达到较高的DOA分辨精度。仿真实验表明该算法和MUSIC算法相比具有更高的信号判断成功概率，并且具有滤除干扰信号的能力。
　　然后，基于一种4臂对数螺旋双极化天线阵列运用波束空间技术进行了DOA估计。该天线阵列具有窄主瓣、低副瓣的方向图，因此具有较高的分辨率;天线单元采用等边三角形微带双极化天线，从而具有极化分集的能力;构造出一种基于双极化天线阵列的波束空间预处理的技术，对该阵列进行了DOA估计。比较仿真结果发现该算法具有比其他算法更高的分辨率。
　　最后，通过保角变换将4臂对数螺旋阵变换为均匀矩形阵，利用ESPRIT算法进行了DOA估计。仿真实验证明了基于保角变换的ESPRIT算法的正确性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及意义背景

1．2 国内外研究发展动态

1．2．1 非均匀阵列综合的发展动态

1．2．2 波束空间预处理技术的发展动态

1．2．3 本文的主要工作及章节安排

参考文献

第二章 DOA估计与波束空间理论

2．1 阵元空间DOA估计

2．1．1 窄带信号模型

2．1．2 天线阵列模型

2．1．3 信号的统计特性

2．1．4 DOA估计方法

2．1．5 仿真分析

2．2 波束空间DOA估计

2．2．1 波束空间预处理模型

2．2．2 波束空间信号的统计特性

2．2．3 波束空间预处理DOA估计的克拉美罗界

2．2．4 波束变换矩阵的性能指标

2．3 本章小结

参考文献

第三章 基于一维Butler网络的波束空间DOA估计

3．1 均匀线阵的Butler网络

3．2 Butler网络的数学模型

3．3 基于Butelr网络的波束空间DOA估计

3．4 本章小节

参考文献

第四章 基于非均匀线阵的最优化波束空间DOA估计

4．1 最优化波束形成

4．2 波束交换矩阵增益

4．3 阵列间距的粒子群优化

4．4 DOA估计的仿真

4．5 本章小结

参考文献

第五章 基于对数螺旋双极化天线阵列的波束空间DOA估计

5．1 4臂对数螺旋天线阵列的设计

5．2 等边三角形微带双极化天线单元的设计

5．3 波束空间预处理

5．4 基于4臂对数螺旋双极化定向天线阵列的波束空间DOA估计

5．4．1 基于双极化定向天线的信号接收模型

5．4．2 阵列的波束空间DOA估计

5．5 本章小结

参考文献

第六章 基于对数螺旋阵列的ESPRIT的DOA估计

6．1 保角变换

6．2 ESPRIT算法

6．3 对数螺旋阵列的ESPRIT估计

6．4 本章小结

参考文献

第七章 总结与展望

7．1 全文工作总结

7．2 未来工作展望

致谢

作者简介