【摘要】：波達方向估計是雷達對抗偵察領(lǐng)域重要研究方向。近年來,目標(biāo)信源呈現(xiàn)數(shù)量眾多、分布密集、復(fù)雜多變等特點,傳統(tǒng)的估計算法越來越難以滿足當(dāng)前雷達對抗偵察任務(wù)的需求。稀疏陣列天線是指陣元間距大于信源半波長的陣列天線。相比于陣元數(shù)目相同的常規(guī)滿秩陣列,稀疏陣列擁有更大的陣列孔徑,更高的測向精度,更強的角度分辨力和更多的可同時測量信源數(shù)目。因此,稀疏陣列測向逐漸變?yōu)榱藗刹祛I(lǐng)域的研究熱門。論文以稀疏陣列測向為研究方向,研究了稀疏陣列結(jié)構(gòu)和模糊角度的關(guān)系以及相應(yīng)的測向算法,仿真實驗驗證了所提算法的優(yōu)越性。主要工作如下:1.研究了稀疏陣列本身的模糊特性,推導(dǎo)陣元相對位置與稀疏陣列角度估計之間的關(guān)聯(lián)。分析了陣元相對位置的最大公約數(shù)與子空間類算法空間譜的聯(lián)系,通過在稀疏均勻陣列特定位置添加新的陣元的方法,對稀疏陣列的導(dǎo)向矢量進行修正,可有效抑制模糊角度的產(chǎn)生。2.針對稀疏陣列多信號處理問題,提出了一種基于Toeplitz矩陣重構(gòu)的嵌套陣DOA估計算法。通過對陣列接收信號協(xié)方差矩陣進行向量化處理,將二級嵌套陣列擴展為虛擬等間距線陣,增加了陣列孔徑和陣列自由度。然后利用處理后的信號構(gòu)造偽協(xié)方差矩陣,結(jié)合MUSIC算法在陣元數(shù)目小于入射信號個數(shù)的條件下實現(xiàn)了高精度DOA估計。3.針對二級嵌套陣單快拍數(shù)據(jù)DOA估計問題,提出了一種利用二次搜索法的單快拍DOA估計算法。首先將嵌套陣分為陣元間距等于信源半波長和大于信源半波長的兩個均勻子陣,利用兩子陣接收的單快拍數(shù)據(jù)分別構(gòu)造偽協(xié)方差矩陣,利用MUSIC算法進行第一次空間譜搜索得到低精度無模糊的入射角,最后進行二次搜索得到高精度無模糊入射角。4.針對非均勻稀疏陣列DOA估計問題,提出了一種基于虛擬陣列變換的非均勻稀疏陣DOA估計算法。首先對非均勻稀疏陣接收信號協(xié)方差矩陣進行向量化處理,通過Khatri-Rao積運算得到新的接收信號模型,然后通過虛擬陣列變換將陣列變?yōu)榭讖较嗤奶摂M均勻線陣。利用空間平滑算法恢復(fù)虛擬均勻線陣等效協(xié)方差矩陣的秩,最后結(jié)合子空間類算法實現(xiàn)DOA估計。
【學(xué)位授予單位】：國防科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN974
【圖文】：

(c) g 3(d) g 6圖 2.7 g 變化時的測向結(jié)果比較從圖 2-7(a) 可以看出，當(dāng)陣元相對位置最大公約數(shù)與信源半波長比值 g 1時，空間譜中只有兩個真實譜峰，不存在虛假譜峰，MUSIC 算法可以實現(xiàn)無模糊測向。從圖 2-7(b)可以看出 g 2時，MUSCI 算法空間譜中存在 4 個譜峰，包含 2 個真實譜峰，2 個虛假的譜峰。從圖 2-7(c)可以看出 g 3時，空間譜中存在 6 個譜峰，其中 2 個真實的譜峰，4 個虛假的譜峰。從圖 2-7(d)可以看出 g 6時，空間譜中存在 12 個譜峰，其中 2 個真實譜峰，10 個虛假的譜峰。因此可知，當(dāng)陣元間距的最大公約數(shù) g 1時，MUSIC 算法可以實現(xiàn)無模糊 DOA 估計。當(dāng) g 1時開始出現(xiàn)測向模糊，并且對于每一個獨立信源，若 g n, n N+，會有n個入射角，其中 n 1個虛假入射角。仿真 2 驗證解模糊方法的有效性。采用稀疏均勻線陣，陣元數(shù)量 M 6，陣列位置表達式為 1Z 0,6,12,18,24,30。對照陣列為在陣元位置 N 7處添加一新

(a) 未增加陣元的測向結(jié)果 (b) 增加陣元的測向結(jié)果圖 2.8 稀疏 ULA 增加陣元的測向結(jié)果比較從圖 2-8(a)可以看出，對來自于1 ，2 的兩個遠(yuǎn)場不相干信號，未添加陣元時，MUSIC 算法的空間譜中包含很多虛假譜峰，此時無法準(zhǔn)確的分辨出真正的入射角，出現(xiàn)了嚴(yán)重的測向模糊，算法失效。從圖 2-8(b)可以看出，在原陣列中增加一個陣元后，此時陣元相對距離的最大公約數(shù)變?yōu)?1，MUSIC 算法的空間譜中只包括兩個真實的譜峰，虛假譜峰被極大的削弱，基本實現(xiàn)了無模糊測向。由此可知，本文所提方法能夠有效地解決稀疏陣列的模糊問題，并且陣列形式更加靈活。仿真 3 本實驗通過比較相同陣元數(shù)目的常規(guī)滿秩線陣列和稀疏陣列測向性能的高低，體現(xiàn)稀疏陣列測向的優(yōu)越性。常規(guī)滿秩線陣列陣元數(shù)目為 7，陣元間距等于入射信源半波長，陣列位置為 1Z 0,1,2,3,4,5,6。本文方法的非均勻稀疏線陣的陣元個數(shù)等于 7，陣列位置為 2Z 0,6,12,18,24,30,7。入射信號半波長 / 2 1，信噪比SNR 0dB，快拍數(shù) 1000。首先 5 個遠(yuǎn)場窄帶不相干信源以多個角度

(a)1 1 , Z Z(b)1 2 , Z Z圖 2.9 陣列多信源測向性能對比從 2-9(a)可以看出，當(dāng)信號個數(shù)為 5 時，常規(guī)的陣元間距等于信號半波長的 元等距線陣的空間譜分辨不出譜峰，即 MUSIC 算法無法識別出真實譜峰，無法實現(xiàn) DOA 估計。從 2-9(b)可以看到，當(dāng)信源個數(shù)和陣元個數(shù)相等時，非均勻稀疏陣的空間譜中包括全部真實譜峰，并且有效地削弱了虛假的譜峰，MUSIC 算法基本實現(xiàn)了無模糊 DOA 測量。因此相比于常規(guī)滿秩線陣，在相同條件下，稀疏陣列可以同時分辨更多的信源，即稀疏陣列擁有更強的空間分辨率。

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本文編號：2776169