非平稳、色噪声环境下的参数估计方法研究

摘要

参数估计是信号处理中一个重要的研究领域,由于其在雷达、声纳、通信、生物医学、地震探测等领域有着广泛而重要的应用背景而受到广大研究工作者的重视,因而对各种参数估计方法的研究有着重要的理论和现实应用价值.该文就不同的应用背景和实际环境围绕阵列信号处理中的波达方向、距离、频率以及时延等参数估计方法做了研究,主要工作概括如下:1.在空间相关色噪声环境及存在阵列模型误差情况下,首先给出了基于最大似然的DOA及阵列幅相误差联合估计算法,该算法对信号和噪声无任何约束,且适用于任意阵列结构.2.在第三章讨论了一种在环境噪声为白噪声而阵元噪声为空间非平稳情况下的DOA估计问题,给出了一种有效的估计阵元噪声功率的方法,进而利用估计的噪声协方差矩阵进行预处理而实现色噪声环境下的DOA估计,理论分析和仿真结果均表明了该章提出的方法的有效性.3.提出了一种非平稳环境下的最大似然DOA估计方法,该算法适合于时变DOA的情形,并分析了其参数估计性能,给出了角度估计的渐进方差的解析表达式,表明了常规的最大似然DOA估计是该文的一特殊情形.4.利用四阶累积量,第五章首先给出了一种载频已知的情况下基于近场源的距离和波达方向联合估计算法,通过构造的阵列输出信号四阶累量矩阵使空间信号到达方向和距离估计无需谱峰搜索,且参数自动配对,适合于任意高斯噪声环境.最后,计算机仿真结果证实了该章所提方法的有效性.5.在第六章基于传播算子方法给出了频率、角度联合估计的一种快速算法,由于其避免了高维矩阵的特征分解,因而具有更低的计算复杂度,且算法适用于一般的阵列结构,二维参数自动配对,易于实时实现.6.在第七章提出了一种基于状态空间实现的频率、时延联合估计算法,正弦波的频率首先用状态过渡矩阵的特征值估计得到,然后时延由估计的频率和观测矩阵直接给出.7.在第八章提出了一种对LFM脉冲雷达回波Doppler频移和多径时延进行联合估计的方法.8.第九章提出了一种在高斯白噪声环境下,基于L型阵列结构的二维DOA估计方法,算法通过构造一个特殊矩阵并由其特征分解获得信号子空间的估计,进而获得两个独立的矩阵,并由其特征分解的特征值给出二维到达方向的估计.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

1.1研究背景及其意义

1.2参数估计的研究历史与现状

1.2.1传统的高分辨阵列信号处理技术概述

1.2.2非理想条件下的参数估计方法的研究现状

1.3本文主要内容

第二章色噪声、阵列误差环境下基于最大似然方法的DOA估计算法

2.1引言

2.2存在阵列幅相误差时的阵列信号模型

2.3 DOA及阵列增益的最大似然联合估计

2.4计算机仿真结果

2.5实测数据的分析和本章算法的验证

2.6本章小节

第三章空间非平稳噪声环境下的DOA估计及自适应波束形成算法

3.1引言

3.2信号模型及噪声协方差矩阵的估计

3.2.1信号模型

3.2.2非平稳噪声环境下的最大似然DOA估计方法

3.2.3噪声协方差矩阵的估计

3.3 DOA估计算法及仿真结果

3.3.1 DOA估计算法

3.3.2角度估计的CRB界

3.3.3计算机仿真结果

3.4自适应波束形成

3.4.1波束形成算法

3.4.2计算机仿真结果

3.5本章小结

第四章一种非平稳环境下的DOA估计算法

4.1引言

4.2信号模型及问题提出

4.3最大似然时变DOA估计方法

4.3.1多个源的最大似然DOA估计

4.3.2单个源的最大似然DOA估计

4.4性能分析及角度估计的CRLB界

4.4.1角度估计的渐进方差

4.4.2 CRLB下界

4.5计算机模拟实验

4.6本章小结

第五章近场源的距离和波达方向联合估计方法

5.1引言

5.2载频已知时的近场源的距离、DOA联合估计算法

5.2.1累量的定义、性质及特点

5.2.2问题的提出和信号模型

5.2.3基本算法

5.2.4仿真结果

5.3载频未知时的近场源的频率、距离和DOA联合估计算法

5.3.1问题描述及基本算法

5.3.2仿真结果

5.4本章小结

第六章一种波达方向、频率联合估计快速算法

6.1引言

6.2传播算子方法的基本思想

6.3基于传播算子的波达方向、频率联合估计方法

6.4计算复杂度分析

6.5计算机仿真实验

6.6本章小结

第七章一种基于状态空间实现的频率与频率、时延联合估计算法的研究

7.1引言

7.2信号模型及基本原理

7.2.1状态空间实现

7.2.2信号参数估计

7.3语音信号基音周期的估计

7.4计算机仿真实验及实测语音数据结果

7.5本章小节

第八章LFM脉冲雷达DOPPLER与多径时延的联合估计

8.1引言

8.2问题提出及相关公式

8.2.1信号模型及问题提出

8.2.2最大似然估计与WVD的关系

8.2.3 Wigner-Vill分布和Wigner-Hough变换

8.3雷达回波DOPPLER频移与多径时延的联合估计

8.3.1 Doppler频移的估计

8.3.2多径时延的估计

8.3.3频率、时延参数联合估计算法步骤

8.4计算机仿真实验

8.5本章小结

第九章基于两种阵列结构的空间二维DOA估计算法

9.1引言

9.2基于L型阵列结构的2-D DOA估计方法

9.2.1问题的提出和数据模型

9.2.2方位角和仰角估计算法

9.2.3计算机仿真结果

9.3基于椭圆型阵列结构的信号模型及其基本算法

9.3.1引言

9.3.2椭圆阵结构及波束空间流形

9.3.3 EA-ESPRIT算法

9.3.4计算机仿真结果

9.3.5实测数据的验证

9.4本章小节

第十章总结与展望

10.1总结

10.2展望

致谢

References

博士学习阶段(合作)撰写与发表的学术论文