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基于均匀圆阵的波达方向估计算法的性能研究

作　者: 刘艳
导　师: 杨力生
学　校: 重庆大学
专　业: 电路与系统
关键词: 智能天线 波达方向估计 均匀线阵 均匀圆阵
分类号: TN821.91
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着移动通信的迅速发展,为了实现高质量的通信,涌现出了许多新兴理论和技术,智能天线技术就是其中之一。智能天线的基本思想是利用信号在传播方向上的差异来区分同时同频的信号。其实智能天线就是一种多天线系统,它通过采用数字信号处理技术,产生空间定向波束,使主波束对准期望信号的方向,且旁瓣或零陷对准干扰信号的到达方向,从而达到充分高效地利用用户信号并且抑制或删除干扰信号的目的[1]。在智能天线技术的深入研究下,DOA估计已成为研究热点之一。因而,本文主要的研究内容就是基于阵列天线下利用空间谱估计理论进行DOA估计。空间谱估计的关键就是算法,只有深入理解和掌握了算法,才能将其实现于工程应用中。因此,本文研究了子空间类算法,包括MUSIC算法和ESPRIT算法,并针对UCA-ESPRIT算法不能进行解相干的不足,研究了一种改进算法。本文的内容如下:首先,对本文研究内容的背景及意义做了一个简单地概述,并讨论了空间谱估计理论的研究历史和发展现状。其次,研究了空间谱估计理论的基础知识,包括常用的接收信号处理模型、阵列模型的统计特性,以及波达方向估计的基本原理等。然后,基于天线阵列中最简单的均匀线阵(ULA),先详细讨论了子空间类DOA估计算法,包括多重信号分类(MUSIC)算法、实波束MUSIC(RB-MUSIC)算法、旋转不变信号参数估计(ESPRIT)算法。第四,本文重点讨论了智能天线阵列中另一种很重要的阵列:均匀圆阵阵列(UCA)。由于UCA自身阵列流型的复杂性,使得基于UCA下的DOA估计变得困难。本文研究了UCA-RB-MUSIC算法和UCA-ESPRIT算法。接着,针对UCA的自身特点及UCA-ESPRIT算法不能进行解相干信号估计的缺陷,对UCA-ESPRIT算法进行改进。对改进算法与原算法进行仿真,比较了两种算法的性能,同时验证了改进算法的有效性。最后,通过对本文工作进行总结回顾,探讨了目前存在的主要问题,并对DOA估计的发展提出展望。

全文目录


中文摘要  3-4
英文摘要  4-7
1 绪论  7-12
  1.1 引言  7-8
  1.2 国内外的研究历史和发展现状  8-10
    1.2.1 研究历史  8-9
    1.2.2 研究现状  9-10
  1.3 论文的结构及主要内容  10-12
2 空间谱估计的基础理论  12-18
  2.1 引言  12
  2.2 接收信号处理模型  12-14
    2.2.1 窄带信号模型  12-13
    2.2.2 加性噪声模型  13-14
    2.2.3 阵元间的波程差  14
  2.3 阵列模型的统计特性  14-16
  2.4 波达方向估计的基本原理  16-17
  2.5 本章小结  17-18
3 均匀线阵的波达估计算法及仿真  18-32
  3.1 引言  18
  3.2 均匀线阵的数学模型  18-19
  3.3 多重信号分类算法  19-23
    3.3.1 经典MUSIC 算法  20-22
    3.3.2 实波束MUSIC 算法  22-23
  3.4 旋转不变子空间算法  23-27
    3.4.1 旋转不变子空间算法原理  23-25
    3.4.2 TLS-ESPRIT 算法  25-27
  3.5 均匀线阵波达估计算法的仿真分析  27-31
    3.5.1 三种算法的仿真  27-31
    3.5.2 三种算法的性能比较  31
  3.6 本章小结  31-32
4 均匀圆阵的波达估计算法及仿真  32-48
  4.1 引言  32-33
  4.2 均匀圆阵的信号模型  33-34
  4.3 均匀圆阵的波达估计算法  34-39
    4.3.1 UCA-RB-MUSIC 算法  35-36
    4.3.2 UCA-ESPRIT 算法  36-39
  4.4 均匀圆阵波达估计算法的仿真分析  39-47
    4.4.1 UCA-ESPRIT 算法和UCA-RB-MUSIC 算法的仿真  39-46
    4.4.2 UCA-ESPRIT 算法和 UCA-RB-MUSIC 算法的性能分析  46-47
  4.5 本章小结  47-48
5 改进的 UCA-ESPRIT 算法  48-59
  5.1 引言  48
  5.2 相干信号源的数学模型  48-49
  5.3 改进的UCA-ESPRIT 算法  49-53
    5.3.1 均匀圆阵的自身特点  49-50
    5.3.2 圆阵实值变换  50-51
    5.3.3 矢量奇异值(SVD)算法  51-52
    5.3.4 改进的UCA-ESPRIT 算法  52-53
  5.4 改进算法的性能分析  53-58
    5.4.1 相干性能仿真  53-58
    5.4.2 算法运算量仿真  58
  5.5 本章小结  58-59
6 全文总结和工作展望  59-61
  6.1 工作总结  59
  6.2 展望  59-61
致谢  61-62
参考文献  62-65
附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录  65

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线电设备、电信设备 > 天线 > 天线：按工作原理分 > 智能天线
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