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脉冲噪声环境下的波达方向估计方法研究

脉冲噪声环境下的波达方向估计方法研究

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作者：阚园园大连交通大学

学位级别：硕士

近年来,阵列信号处理技术得到了飞速地发展。作为阵列信号处理的一个核心内容——DOA估计也引起了越来越多的关注。DOA估计在声纳、雷达、通信、地震勘探、生物医学及军事定位等技术领域具有广泛的应用。传统DOA估计方法的分析与研究都... 详细信息

近年来,阵列信号处理技术得到了飞速地发展。作为阵列信号处理的一个核心内容——DOA估计也引起了越来越多的关注。DOA估计在声纳、雷达、通信、地震勘探、生物医学及军事定位等技术领域具有广泛的应用。传统DOA估计方法的分析与研究都是基于二阶统计量和高斯分布进行的,但是在实际应用中存在着许多具有显著尖峰脉冲特性的噪声,此类噪声的统计特性明显偏离于传统的高斯噪声。通常采用适用性更为广泛的α稳定分布模型来描述这类脉冲性极强的随机信号,由于α稳定分布噪声不具备有限的二阶矩,于是基于二阶矩理论的DOA估计方法的性能会显著下降甚至可能完全失效。针对这一现象,本文将分数低阶统计量的信号处理方法与传统的DOA估计方法相结合,研究脉冲噪声环境下的DOA估计新方法。本文首先介绍了课题的研究背景及发展现状,其次阐述了DOA估计算法及相干信源的解相干技术,然后介绍了α稳定分布、分数低阶统计量的定义及现有的基于分数低阶统计量的DOA估计方法。最后,针对接收阵列的不同形式,提出了适用于α稳定分布噪声环境的相干信源DOA估计新方法。当接收阵列为均匀线阵时,由于信号的自相关矩阵在α稳定分布噪声环境下不存在,导致解相干MUSIC估计方法和ESPRIT估计方法性能均退化,本文采用空间平滑技术和信号特征矢量重排法对相干信号进行解相干处理,并通过非线性处理等方法抑制脉冲噪声接收信号,得到改进的MUSIC估计方法(FSM、FSRM、LERM)及改进的ESPRIT (FSE、FERE)估计方法。理论分析和仿真结果表明,提出的新算法可以有效地抑制脉冲噪声的干扰,对相干信号的波达方向做出准确地估计。在对均匀圆阵的相干信源进行DOA估计时,本文首先采用模式空间法将均匀圆阵转换为一虚拟的均匀线阵,然后再将分数低阶统计量的处理方法、空间平滑解相干技术与经典MUSIC估计方法和ESPRIT估计方法相结合,提出了适用于a稳定分布噪声下的改进的MUSIC估计方法(LMSM)和改进的ESPRIT估计方法(LMSE)。理论分析和仿真结果表明,在高斯分布噪声和脉冲分布噪声环境下,这两种新算法均呈现出良好的性能,可以对均匀圆阵的相干信源进行有效的DOA估计。

关键词： DOA ~α稳定分布相干信源 MUSIC ESPRIT

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