窄带阵列信号处理算法研究

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1、窄带阵列信号处理算法研究ResearchonNarrowbandArraySignalProcessingAlgorithms学科专业：信息与通信工程研究生：陈华指导教师：王安国教授天津大学电子信息工程学院二零一二年十一月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作

2、者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要阵列信号处理指的是将以一定形式排列且分布在空间不同位置的若干个传感器组成一个传感器阵列，传感器阵列中的所有阵元感应来自空间中的

3、信号进而对其进行特定的处理，使感兴趣的目标信号得到强化，无用的干扰和噪声信号得到抑制，提取到有用的信号参数。空间谱估计和波束形成作为阵列信号处理的两个基本问题，在地震勘探、无线通信、生物医学成像等诸多方面有着广泛的应用。本论文主要讨论了基于远场窄带信号的若干阵列信号处理算法。首先从最基本的两阵元单信源模型出发，推导出均匀等距线阵、均匀等距十字阵、均匀等距圆阵的接收信号数学模型，并在均匀等距线阵模型基础上，描述了阵列信号处理中最基本的理论算法。其次，针对降维的四阶累积量矩阵因采样快拍数有限而存在估计误差的问题，提出三种结合Toeplit

4、z近似的四阶累积量测向算法。该类算法在保持虚拟阵列有效孔径不变的同时，通过去除原始四阶累积量矩阵中的冗余元素，得到降维的四阶累积量矩阵。接着对降维矩阵进行Toeplitz操作，恢复其Toeplitz结构，再利用MUSIC算法、ESPRIT算法和OPM分别估计到达信号的方向。运用Toeplitz近似法在少阵元数下不仅提高了测向精度，而且不明显增加算法的计算量。最后，提出了一种改进的去相干波束形成算法。该算法通过分析接收阵列数据中协方差矩阵的结构，从而获取其中所包含的需进行平滑操作的所有子阵数据协方差矩阵信息，接着对接收阵列数据协方差矩阵

5、进行处理，构造出前后向子阵数据协方差矩阵，避免了子阵数据协方差矩阵的大量运算，在保证波束形成性能的同时，可灵活地调整子阵长度，有效地降低了计算量。关键词：阵列信号处理空间谱估计四阶累积量Toeplitz近似去相干波束形成ABSTRACTArraysignalprocessingreferstoasensorarraycomposedofsomesensorsthatarearrangedinacertainwayanddistributedinthedifferentspace,receivingradiatingsignals,th

6、enspecificprocessingisoperatedonthem.Inthisway,theinterestedtargetsignalsareenhancedwhiletheunwantedinterferenceandnoisesignalsaresuppressed,whichcanextracttheusefulparametersofsignals.Havingbeenwidelyappliedinmanyareassuchasseismicexploration,wirelesscommunications,bio

7、medicalimagingandsoon,spatialspectrumestimationandbeamformingaretwobasicproblemsinthearraysignalprocessing.Thisthesismainlyfocusessomeresearchsonarraysignalprocessingalgorithmsbasedonfar-fieldnarrow-bandsignal.Firstly,themostbasicmodelthatconsistsofsingle-sourceandtwose

8、nsorsisbulit,whichcontributestodeducethereceivedsignal’smathematicalmodelofuniformequidistantlineararray,unifo