分布式目标参数估计

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1、第一章绪论1．1研究背景与意义阵列信号处理是近30年来发展起来的一门新兴的空域信号处理技术。阵列信号处理的一个主要研究方向就是波达方向(DOA)估计，针对空问谱估计已经发展了众多的高分辨估计方法“12130—I。通常的分辨估计理论都是假设目标为点目标，即使考虑多目标也是假设它们为多个独立的反射点。而在实际的环境中，目标都有一定的体积，每个目标，尤其是一些大型目标，在距离和方位上都会占据一定的空间而不是一个几何点。高距离分辨力雷达的出现，使得目标信号源不再被看成是单个点源，接收机所接收的有用信号也不在是单个点源的回波包络，而

2、是多个空间相近的点源信号的叠加，我们称之为分布式目标。由于高距离分辨力使得雷达的径商距离分辨单元远小于目标尺寸，因此可以得到目标在雷达截面径向轴上的投影分布，即相当于对目标进行了一维距离成像，这样就有可能从距离域上细致的反映出目标的几何形状及结构特征。因此用分布式模型来描述目标会比点目标更真实，更能满足现代武器装备对目标识别和精确攻击目标要害部位的要求。雷达探测的目标包括空中、地西和水上三类，空中的云团、大型战机，地面上的大型建筑物以及海面上的大型舰船都是分布式目标，对这些雷达目标高分辨识别需要建立相应的分布式目标分辨理论

3、。由于高距离分辨力需要信号带宽较大，只适合于宽带系统，本论文着重研究目标的空域分布特性，针对空域分布式目标提出相应的分辨方法。阵列超分辨方向估计技术以优异的分辨和估计性能展示了其在雷达、通信、声纳等众多领域中良好的应用前景，因而近二十年来发展是相当迅速的，提出了MUsIC、ESPRIT、最大似然和加权子空间拟合等许多优秀方法。但这些方法都是基于目标为点目标的假设。在分布式目标下，这些DOA高分辨方法估计性能恶化，甚至不能得到正确的估计结果【6。J。虽然分布式目标环境是常见的，但直到九十年代，有关研究人员才开始研究分布式目标

4、参数估计理论。分布式目标分辨理论包括分布式目标信号源建模理论研究和分布式目标参数估计方法研究。YMengl3’等人建立了具有空间分布的信号源模型，用满足一定分布的角功率密度函数对分布式信号源进行描述，提出了分布式目标信号源参数估计的联合最大似然估计方法，通过求解多维非线性最优化问题估计中心角度、扩展角度和信号功率。通过与MUSIC相比，最大似然联合估计显示了对分布参数分布J℃

5、；i标参数估i的稳健7M-，估计误筹也较低。Q．Wu⋯等人针对互不重叠的分布源建点了离敞模型，每个分布源f}_

6、定数班VI．(拱l：荐1：[![15

7、0--200)的点目标构成，甘敛研兀数必须达到杜i删的维数，为了解决模糊辨U{问题，假定分布函数形状已划。s．ValaeeI二1等人对分布式日标进行了较为详尽的分析，提出了相二=t一分布式信弓(CD)和II-}lq：形’布式信号(ID)的概念，在此耩{i：【{一i-，将信号子空问干¨噪声予空问的概念推广到了分布式信号源，从而提iH了MUSIC类分布源参数估计方法(DSPE)。与此『司时，YMeng”’等人对分布式信号的协方差矩阵的特征结构作了细致的讨论，也提出了准信号子空间和准噪声子空阳：J的概念，在予空『自】渐进jF交的

8、基础l二提出了DISPARE算法，该算法只针对ID信号，也属于MUSIC类算法。瑞典学者T．Trump”⋯和B．Ottersten发表了分布式信号源参数估计的最大似然方法，所采用的模型是利用二三角函数展丌近似得到的，并取得了很好的近似效果，并且利用第一类贝赛尔函数级数展丌式得到了分布式信号源的协方差矩阵的闭合表达式。最大似然的估计方差接近克拉美罗界。存无线通信中，特别是九十年代，引入阵列信号处理厅，多径条件F局部散射的分布式信号源DOA估计‘是需要解决的关键问题之一。人们研究了许多无线信道模型。这些空问信道的特征包括多径信

9、号的波达方向分布，这些模型的建立和估计方法大大丰富了分布式信号源参数估计理论。在DSPE分布式信号源模型的基础上，伊朗学者S．Shabazpanahi⋯‘巧妙的利用近似找到了旋转矩阵，提出了分布式目标的ESPRIT算法，该算法是一种基于总体最小二乘ESPRIT(TLS—ESPRIT)的分布式参数估计算法。在CD信号下，利用广义阵列流形(GAM)得到了近似的旋转特征结构，从而可以利用TLSESPRIT估计中心角，扩展角可以通过构造每一信源的一维DSPE谱得到。在ID信号下，利用GAM得到了近似的协方差矩阵。利用一阶泰勒级数腥

10、开，在观测空间针对每⋯ID信号引入一近似的二维子空间。本论文首先对分布式目标进行论述和分析，接着概述了各类分布式目标参数估计方法，如子空间类方法和最大似然方法等等，着重介绍低复杂度算法；然后介绍在高分辨参数估计的基础l：的～些工作，即算法的稳健性问题，j{：以实际倒予说明分布式l目标参数估计的应用效果，