空间步进频多发多收阵列波达方向估计研究

作     者：孙玉鑫 

作者单位：西安科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张红

授予年度：2015年

学科分类：07[理学] 08[工学] 070104[理学-应用数学] 081101[工学-控制理论与控制工程] 0701[理学-数学] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：DOA估计 空间步进频MIMO阵列 Capon算法 迭代谱重构算法 

摘      要：本文结合步进频和多发多收(MIMO:Multiple-Input Multiple-Output)阵列的特点,提出了空间步进频MIMO阵列模型。通过在相邻的阵元上依次发射步进频率信号,在接收端合成宽带信号使系统的抗干扰能力增强,目标分辨率提高。论文以波达方向(DOA:Direction of Arrival)估计相关内容为主线,提出了针对接收阵列的快拍拆分迭代谱重构算法和针对空间步进频MIMO模型的迭代谱重构算法,仿真实验验证了新算法的有效性。首先,阐述了经典DOA估计算法的阵列模型,以此模型为基础详细讲述了经典的DOA估计算法原理和计算步骤,包括Capon算法,MUSIC(MUSIC:Multiple Signal Classification)算法,ESPRIT(ESPRIT:Estimation of Signal Parameters via Rotation Invariance Techniques)算法,并分别进行了仿真。基于Capon算法,本文提出了改进的快拍拆分迭代谱重构算法,较传统的Capon算法,该算法的谱峰尖锐,分辨率高;其信噪比比Capon算法高3d B以上。其次,阐述了单基地MIMO阵列虚拟阵列扩展孔径和最大可分辨目标数。然后将接收阵列的DOA模型推广到密布MIMO阵列中,阐述了相应条件下的DOA估计算法。仿真结果表明MIMO阵列比纯接收阵列的孔径大,估计精度高。最后,本文建立了空间步进频MIMO阵列模型。将原用于宽带信号DOA估计的聚焦类算法推广至空间步进频MIMO阵列,该算法尽管可以估计出目标的DOA,但效果不佳。因此,提出了专门针对空间步进频信号的迭代谱重构算法,仿真表明,在低信噪比,少快拍时,该算法性能优良,分辨率更高,其信噪比比聚焦算法普遍高3-4dB。