共形相控陣波束形成與DOA估計算法研究.pdf

1、陣列信號處理是信號處理領(lǐng)域的一個重要分支，其最主要研究內(nèi)容包括自適應波束形成（Adaptive Beamforming, ABF）和波達方向（Direction Of Arrive，DOA）估計。ABF和DOA估計可提高陣列天線的性能，在軍用與民用方面具有廣泛的應用前景。陣列信號處理的基礎是陣列結(jié)構(gòu)。由于考慮了空氣動力學或水力學，共形陣能進一步提高系統(tǒng)性能。均勻圓陣（Uniform Circular Array,UCA）和球陣（Sphe

2、rical Array）是共形陣中比較典型的陣列結(jié)構(gòu)，可提供360°的方位角覆蓋，并且在各個方向上可具有相同的測向性能。此外，它們還能提供俯仰角信息。因此，與均勻線陣和其他的一些平面陣相比，均勻圓陣更適于被應用在雷達、聲納和無線通信等領(lǐng)域，而由于球陣能提供180的俯仰角覆蓋范圍，其更適于應用在衛(wèi)星通信領(lǐng)域。本文主要研究了基于均勻圓陣和球形陣列的自適應波束形成和DOA估計算法。主要工作和貢獻有：
　?。?）均勻圓陣常規(guī)去相干波束形成

3、算法中模式變換引起噪聲功率發(fā)生改變，從而導致算法性能下降。針對該問題，提出了一種給同心雙圈陣列加權(quán)的方法來消除模式變換給噪聲功率帶來的變化。仿真結(jié)果表明該方法大大改善了輸出SINR。
　　（2）提出了一種高效的實值權(quán)去相干波束形成算法。該算法可以通過只使用實值權(quán)來抑制相干干擾，并且不需進行空間平滑去相干，因此大大減小了計算量。此外，它在低信噪比和小快拍下能快速收斂，并性能穩(wěn)定。
　?。?）提出了一種均勻圓陣的相干信源DOA估

4、計的差分算法。該方法具有很強的信源過載能力，且兼顧了相干及非相關(guān)信源的分辨。
　?。?）提出了一種未知互耦條件下的快速DOA估計算法，并給出了一種新的除偽方法。相對于互耦效應存在時常規(guī)的盲 DOA估計算法，所提算法的計算量顯著降低。
　?。?）提出了一種互耦效應存在時的基于稀疏均勻圓陣的混合算法。與互耦效應存在時已有的計算量較小的二維 DOA估計算法不同的是，該算法不需要足夠多的陣元來支撐其采用傳統(tǒng)的波束空間變換。以陣列流形

5、分解技術(shù)為基礎，我們提出了一種改進的 UCA-RARE來估計方位角，并使用 Root-MUSIC算法來估計俯仰角。對于稀疏均勻圓陣來說，與UCA-RARE相比，改進的UCA-RARE能夠消除一些由陣列稀疏帶來的偽解。陣列流形分解引入的截斷誤差影響 DOA估計精度，因此，我們分析了該誤差對DOA估計的影響。
　?。?）研究了三種球形陣列的陣元分布方式，并討論了它們的球形模式變換。同時還研究了一種球形ESPRIT算法，完善了該算法并對