准循环平稳信号波达方向估计方法

摘要

波达方向估计是阵列信号处理一个重要的研究方向，常规空间谱估计算法虽然能获得超分辨率估计结果，但它无法充分利用信号的固有特性，且在扩展阵列自由度、滤除强干扰信号和适应低信噪比等方面存在一定的局限性。研究发现许多通信信号都具有准循环平稳特性或渐近准循环平稳特性。这是由于在采样、调制和编码等周期操作使信号具有准循环平稳性。根据信号的准循环平稳特性可以将信号划分为感兴趣信号和干扰信号两类，从而实现常规DOA估计算法无法达到的性能，如信号选择性测向、滤除强干扰和扩大阵列自由度。 常规基于信号循环平稳类的DOA估计算法主要利用信号循环平稳特性，而忽略信号更一般的特性——准循环平稳特性和渐近准循环平稳特性。本文对这两种特性进行了深入研究，研究重点立足于如何联合利用信号的准循环平稳特性来提升波达方向估计性能。本文的主要工作概括如下： 首先，研究了一种基于信号准循环平稳特性的干涉仪多信号测向算法。现有的干涉仪测向技术只能估计单个信号来波方向，无法同时对多个信号来波方向进行估计，针对这一点，基于信号准循环平稳特性的干涉仪多信号测向算法利用准循环相关函数的时域频域结构特点，不仅能够实现多信号角度估计，还能有效的滤除强干扰信号，实现感兴趣信号的选择性测向，获得了更高的DOA估计精度，这是传统干涉仪测向算法无法做到的。 其次，研究了基于互质阵的准循环平稳信号波达方向估计算法。将互质阵的阵列模型与信号准循环平稳特性相结合，算法继承了准循环平稳DOA算法和基于互质阵测向算法的优点。既能够对信号选择性测，抑制强干扰信号和强噪声，还构造出阵列孔径大于物理阵列的虚拟阵列，扩大了阵列孔径，由此获得更高的DOA估计精度。 最后，研究渐近准循环平稳信号。将渐近准循环平稳信号模型引入到发射端与接收端存在相对径向加速度的运动场景。基于信号渐近准循环波达方向估计算法充分考虑因速度和加速度的相对运动及多普勒效应在接收端的影响。与常规的将接收信号中多普勒效应建模为载波的频移的波达方向估计算法相比，该算法具有更好的DOA估计性能，尤其是在机动辐射源径向加速度较大的场景。

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