宽带源方位估计算法研究

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1、河南大学研究生硕士学位论文摘要空间谱估计是阵列信号处理的一个重要分支。空间谱估计研究的主要目的是估计信号的参数，如载波频率，波达方向(DoA)等。其中波达方位估计(DoA)多用于雷达、声纳和麦克风阵列语音处理技术，近些年来，在无线通信领域也得到了广泛的应用。空间谱估计技术发展至今，相关的窄带信号的波达方向(DOA)估计算法已经较为成熟。同时，宽带信号的波达方位估计算法在诸多领域，如声源定位，水下信号与信息处理等方面的应用研究逐渐引起了重视。本文以均匀线阵为基础，对窄带、宽带源的方向估计子空间类算法进行了研究，主要研究工作概括如下：1．对几种窄带DOA估计算法：波束形成法、线性预测法、多

2、重信号分类(MUSIC)算法及旋转不变子空间(ESPRIT)算法进行讨论。利用统一的仿真模型对各种算法的估计精度进行了统计分析，并与克拉美一罗界(CRB)进行了比较。2．简要推导了宽带克拉美一罗界(CRB)，并通过计算机仿真验证了宽带CRB的特性。结果表明：单目标方位估计的CRB与信噪比成反比且随着目标方位角的增大而增大；双目标方位估计的CRB也与信噪比成反比，且随着目标方位夹角的增加而降低。对宽带DOA估计算法中的非相干信号子空间算法(ISM)及相干信号子空间算法(CSM)进行研究。提出了一种非相干信号子空间的改进算法，仿真结果表明改进后的ISM算法可以分辨相干宽带信号；同时，对相干

3、信号子空间算法(CSM)的几种聚焦矩阵分别进行了仿真实验，结果表明采用宽带聚焦算法的分辨能力和估计精度都有优于ISM算法。关键词：宽带源信号；均匀线阵：波达方位估计；聚焦矩阵；克拉美一罗界第1I页河南大学研究生硕士学位论文AbstractSpmiMspectrumestimationisanimportantbranchofthearraysignalprocessing．Themainpurposeofspmialspectrumestimationisestimatingtheparametersofsignal，suchascarrierfrequency,directionof

4、arrival(DOA)andSOon．DOA(DOA)estimationalgorithmhasfoundnumerousapplicationsinradar,SOnar,andmicrophonearrayspeechprocessing，morerecently,inwirelesscommunications．Sofar,narrowbandsignalsDOA(DOA)estimationalgorithmhasbeenmoredeeplyresearched．However,widebandsignalhasencountedinmanyimportantapplica

5、tionssuchasacousticlocation，underwatersignalprocessing，etc．ThispaperdiscussessomewidebandsubspaceDOAestimationalgorithmforuniformlineararray(ULA)．Themainworkissummarizedasfollows：1．Severalnarrow-bandDOAestimationalgorithmsuchasBeam·forming，linearprediction，MUSIC，ESPRITalediscussed．MSEofthosealgo

6、rithmsarecomparewithCRB．2．CRBofwidebandDOAestimationisbriefedderivedandresearchedbysimulation．StudieshaveshownthatsinglesourceCRBisinverselyproportionaltotheSNRaswellasazimuth，andtwosourcesCRBisalSOinverselyproportionaltoSNR,butincreasingwithbetweenanglesofsources．WidebandDOAestimationalgorithms

7、uchasISM，CSMareexactlystudied．ImprovedISMusingmatrixreconstructionmethodisproposed．Simulationsresultsshowthatundercertainconditions，theimprovedISMalgorithmcaneffectdistinguishcoherentwidebandsignals．Moreover,severalwidebandf