几种改进的波达方向估计算法的研究

摘要

随着阵列信号处理的飞速发展,其理论内涵也不断得到丰富,其中,DOA估计就是一个重要的研究分支和热点.DOA估计之所以能得到如此大的重视,是因为其能应用到医学、地质勘查及雷达等领域,其现实需求十分迫切.传统的DOA估计算法的角度分辨率和测角精度有待提高,因此,研究并改进传统的DOA估计算法就显得十分必要. 本文主要研究远场窄带信号源的DOA估计,详细的研究内容如下: 1.介绍DOA估计中的一些基础内容.首先介绍了DOA估计的基础概念,例如:远场、窄带、非相干、波束宽度等,然后介绍几种常见的阵列形式以及阵列模型,随后分析了三种非相干信号源的DOA估计算法:DBF、Capon以及MUSIC算法,最后分析了两种相干信号源的DOA估计算法:IMUSIC和ES_MUSIC算法. 2.将图像学中图像锐化的思想应用到上述几种DOA估计算法中.上述几种算法均是利用谱峰搜索进行DOA估计,其空间谱也可以看成是一维的图像.在图像学中,利用二阶差分对图像进行锐化,在DOA估计中,也可以利用二阶差分对空间谱进行锐化,以此提高算法的DOA估计性能.本文将该思想应用到DBF、Capon、MUSIC、IMUSIC以及ES_MUSIC算法中,先对它们的空间谱进行二阶差分,然后得到各自锐化的空间谱.计算机仿真结果表明新算法在角度分辨率、测角精度、稳健性上均优于原算法. 3.利用上述一些经典的DOA估计算法的谱峰尖锐特性进行DOA估计.Capon、MUSIC、IMUSIC以及ES_MUSIC算法的空间谱在来波方向上是不可导的,也就是它们的空间谱在来波方向上很尖锐.故而谱函数在来波方向上附近的相关性弱,在其它的方向上相关性强.本文利用这一特性进行DOA估计,将这种思想分别应用到Capon、MUSIC、IMUSIC以及ES_MUSIC算法中,得到新的DOA估计算法,计算机仿真表明新算法也在角度分辨率、测角精度、稳健性上均优于原算法.最后通过计算机仿真对比这种新算法与利用二阶差分思想进行DOA估计算法的算法性能,其仿真结果表明前者要略好于后者.

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