【摘要】：陣列波達(dá)方向估計(jì)(Direction Of Arrival,DOA)在無(wú)線通信、天文學(xué)和雷達(dá)等領(lǐng)域上具有廣泛的應(yīng)用。為了避免測(cè)角出現(xiàn)模糊,其陣元間距一般不超過(guò)入射信號(hào)的半波長(zhǎng)。通過(guò)設(shè)計(jì)具有特定陣列構(gòu)型的非均勻陣列,利用其接收數(shù)據(jù)的二階統(tǒng)計(jì)量信息,可構(gòu)造出一個(gè)陣元間距不超過(guò)半波長(zhǎng)的虛擬均勻陣列,稱作差分合成陣列(Difference CoArray,DCA)。差分合成陣列相對(duì)于實(shí)際的物理陣列,具有更多的虛擬陣元,從而獲得更高的自由度(Degree Of Freedom,DOF),可同時(shí)估計(jì)大于物理陣元數(shù)的目標(biāo)的方向,即可實(shí)現(xiàn)欠定(Underdetermined)DOA估計(jì),同時(shí)提高角度估計(jì)性能。因此,本文針對(duì)非均勻陣列的陣型設(shè)計(jì)問(wèn)題展開研究,以提高陣列的自由度和降低陣元間的互耦為目標(biāo),提出了兩種非均勻線陣和兩種非均勻面陣。相比較于現(xiàn)有陣列,所提陣列具有更好的多目標(biāo)估計(jì)能力和估計(jì)性能。具體工作概括如下:1.非均勻線陣設(shè)計(jì)方面。對(duì)現(xiàn)在流行的二級(jí)嵌套式線性陣列進(jìn)行改進(jìn),提出了一種改進(jìn)的嵌套式陣列,在保持原有陣列所有優(yōu)點(diǎn)的前提下,可獲得更大的陣列孔徑和更高的自由度。改進(jìn)后的嵌套式陣列的差分合成陣列的孔徑更大,且是完全填充的。仿真實(shí)驗(yàn)表明,改進(jìn)的嵌套式陣列相比于二級(jí)嵌套式陣列,具有更多的自由度,可估計(jì)更多的信源,具有更好的估計(jì)性能。針對(duì)存在多個(gè)發(fā)射陣元和多個(gè)接收陣元的MIMO(Multiple Input and Multiple Output)雷達(dá),以實(shí)現(xiàn)盡可能多的自由度并保持差分合成陣列完全填充為目標(biāo),提出了一種嵌套式MIMO陣列。對(duì)于一個(gè)具有K個(gè)物理陣元的嵌套式MIMO陣列,通過(guò)匹配濾波后形成的和陣列的差分合成陣列(Difference Coarray of the Sum Coarray,DCSC)具有(46)(K~4)的自由度,且其具有完全填充的特性。此外,嵌套式MIMO陣列的陣元位置具有閉式解,適合于大規(guī)模陣列的設(shè)計(jì)。仿真結(jié)果表明,嵌套式MIMO陣列與現(xiàn)有互質(zhì)MIMO陣列相比,具有更多的自由度,可估計(jì)更多的信源,具有更好的估計(jì)性能。值得注意的是,該設(shè)計(jì)方法還具有可擴(kuò)展性,其收發(fā)陣列可擴(kuò)展至其他差分合成陣列具有完全填充特性的非均勻線陣,如超嵌套式陣列(Super Nested Array,SNA)和前面提出的改進(jìn)的嵌套式陣列等等。2.非均勻面陣設(shè)計(jì)方面。為提高非均勻面陣的自由度,在最小冗余線陣(Minimum Redundancy linear Array,MRA)的基礎(chǔ)上,我們提出了一種最小冗余面陣設(shè)計(jì)。該陣列的X軸和Y軸方向上投影均為最小冗余線陣,并且所形成的差分合成陣列是完全填充的。與現(xiàn)有性能較好的開盒子陣列(Open Box Array,OBA)相比,我們提出的最小冗余面陣具有更多的自由度,可估計(jì)更多的信源,并可獲得更好的估計(jì)性能。為降低面陣陣元間的互耦,我們提出一種新的保溫瓶陣列,該陣列以現(xiàn)有陣元互耦較小的沙漏陣列為基礎(chǔ),通過(guò)調(diào)整最小陣元間距陣元對(duì)的位置,形成一種比沙漏陣列互耦更小的非均勻面陣。由于所提陣列的陣列排布呈現(xiàn)出保溫瓶的形狀,故稱其為保溫瓶陣列。該陣列具有比沙漏陣列更少數(shù)量的最小間距陣元對(duì),對(duì)存在互耦的角度估計(jì)更具魯棒性。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN911.23
【圖文】：

2.3.1空間平滑算法空間平滑算法是對(duì)相干信號(hào)的有效辦法，但這里秩恢復(fù)成滿秩，而非一般的解相干。其基本思想是同的子陣，然后對(duì)所有子陣的協(xié)方差矩陣進(jìn)行求和于均勻陣列，所以僅能利用差分合成陣列中完全填填充時(shí)，則可利用到所有陣元的信息。為充分利用量z中位于相同位置( )m lv v 處的數(shù)據(jù)求和平均，合成陣列的接收數(shù)據(jù)z 。設(shè)差分合成陣列中完全填充部分的維度為M N，其中變量M 和 N 分別表示在 X 軸和 Y 軸上的陣陣列表現(xiàn)為均勻線陣，如圖 2.3(a)所示，否則表現(xiàn)為均勻陣列劃分成( 1)( 1) 4M NK 個(gè)維度為1 2 M 2.3 所示。

實(shí)曲線表示的是 MUSIC 譜。(a) 二級(jí)嵌套式陣列 (b) 改進(jìn)的嵌套式陣列圖3.5 兩種非均勻線陣的 MUSIC 譜圖通過(guò)圖 3.5 可以看到，二階嵌套式陣列在空間頻率 0.3 和 0.5 處沒(méi)有峰值，估計(jì)失敗，而改進(jìn)的嵌套式陣列在所有信號(hào)的空間頻率處都有存在峰值，估計(jì)出了所有信號(hào)，具有更好的欠定估計(jì)能力。3.2.3.3 DOA估計(jì)性能為了比較二級(jí)嵌套式陣列和改進(jìn)的嵌套式陣列這兩種非均勻線陣的 DOA估計(jì)性能，這里通過(guò)給定不同的輸入信噪比（Signal to Noise Ratio, SNR），采用蒙特卡羅（Monte Carlo）實(shí)驗(yàn)來(lái)計(jì)算估計(jì)角度的 RMSE。RMSE 公式定義為211 RMSE= ( )Qq qqEQ ，其中 q 為第q個(gè)信號(hào)方位角q 的估計(jì)值。 E ( ) 表示統(tǒng)計(jì)期望操作。本次仿真依舊使用如圖 3.4 所示 8 陣元的兩種陣列結(jié)構(gòu)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2731288