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基于分数阶Fourier变换的相干信号空间谱估计技术研究

作　者: 邓虹
导　师: 王建英
学　校: 西南交通大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 宽带线性调频信号解相干波达方向估计分数阶Fourier变换
分类号: TN911.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

研究相干信源的DOA估计算法,已成为当今信号处理的一个热点课题。目前,相干信源DOA估计算法主要分为两类：一类是降维类处理算法；另一类是非降维类处理算法。空间平滑技术是一种较有效的解相干算法,但是它是以牺牲有效阵元数来换取解相干能力的。线性调频信号(LFM)是现实生活中普遍存在的信号形式,广泛地被应用于通信、雷达、声纳等系统。然而,传统阵列处理方法是建立在平稳窄带假设基础之上,因此,在分析处理这类信号时受到局限。本文以LFM信号为对象,研究了相干宽带LFM信号的DOA估计算法,主要工作和贡献有：1、分析了几种常用的超分辨空间谱估计方法,介绍一种对线性调频信号具有良好时频分析特性的时频分析工具——分数阶Fourier变换(FRFT)。研究了几种常见的相干信源DOA估计算法。2、针对现有的解相干算法估计低信噪比、角度相隔较近的相干信号性能的不足,结合基于空间平滑的矩阵分解算法和低秩逼近MUSIC算法,给出基于FRFT的宽带相干LFM信号一维波达方向估计算法。该方法将空间平滑思想运用到矩阵分解中,再通过低秩逼近MUSIC算法进行谱峰搜索,能够准确的估计出低信噪比、相隔比较近的相干信源的波达方向。3、针对现实信号环境的复杂性和现有解相干算法的不足,必须寻找更实用的解相干方法。结合数据共轭重排方法,给出FRF域的宽带相干LFM信号波达方向估计算法。首先给出宽带相干LFM信号的一维DOA估计算法,该算法在FRF域结合数据共轭重排,不受阵元孔径减小限制,不影响对非相干信号的DOA估计,估计性能好,计算量小,计算简便,更具有实用性,对相隔较近的小信噪比信号也具有良好的估计性能。随后将基于数据共轭重排的解相干算法扩展到二维DOA估计,丰富了该算法的应用范围。4、均匀圆阵在现实中应用广泛,相对于均匀线阵具有更优越的方位角测向性能,但是目前对均匀圆阵的研究大都是基于窄带、平稳的假设基础之上。本文给出FRF域基于均匀圆阵的宽带相干LFM信号波达方向估计算法。该算法在FRF域通过模式空间矩阵重构算法,实现对相干信源的DOA估计。仿真实验验证了该算法的有效性,进一步扩展了传统算法的应用范围,更具有实际应用的意义。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-12
第1章绪论  12-17
  1.1 研究背景及意义  12-13
  1.2 国内外现状研究  13-16
  1.3 论文内容安排  16-17
第2章阵列信号处理基础  17-28
  2.1 主要的空间谱估计算法  17-18
  2.2 信号观测模型  18-20
  2.3 分数阶Fourier变换(FRFT)  20-23
    2.3.1 分数阶Fourier变换的定义及性质  20-21
    2.3.2 实验仿真  21-23
  2.4 空间平滑算法  23-25
    2.4.1 算法描述  23
    2.4.2 实验仿真  23-25
  2.5 矩阵分解算法  25-27
    2.5.1 算法描述  25
    2.5.2 仿真实验  25-27
  2.6 本章小结  27-28
第3章 FRF域基于SSMD和低秩逼近MUSIC算法的解相干算法  28-36
  3.1 算法推导  28-32
  3.2 仿真实验  32-35
  3.3 本章小结  35-36
第4章 FRF域基于数据共轭重排的解相干算法  36-54
  4.1 FRF域基于数据共轭重排的一维解相干算法  37-46
    4.1.1 算法推导  37-39
    4.1.2 实验仿真  39-46
  4.2 FRF域基于数据共轭重排的二维解相干算法  46-53
    4.2.1 信号模型  46-47
    4.2.2 算法推导  47-50
    4.2.3 实验仿真  50-53
  4.3 本章小结  53-54
第5章 FRF域基于模式空间的相干信号DOA估计  54-62
  5.1 信号模型  55-57
  5.2 算法推导  57-59
  5.3 实验仿真  59-61
  5.4 本章小结  61-62
总结与展望  62-63
致谢  63-64
参考文献  64-70
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果  70-71

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