【摘要】：輻射源位置信息的精確、高效獲取,因其在無線通信、雷達(dá)、聲吶、麥克風(fēng)陣列、射電天文、地震學(xué)、臨床醫(yī)療診斷與治療中的廣泛應(yīng)用,具有重要的實(shí)用價(jià)值與研究意義。輻射信號(hào)的定位通過采集來波空間場(chǎng)分布實(shí)施,本論文提出一種輻射源定位的方法,通過將空域定位問題轉(zhuǎn)換成空間譜域的定位問題,從而實(shí)現(xiàn)提高定位精度及定位效率的目的。本論文首先建立了譜域干涉儀方程,通過積分變換將空域測(cè)向問題轉(zhuǎn)換為譜域測(cè)向問題,將來波的位置參數(shù)對(duì)空間位置的依賴關(guān)系映射至空間譜域中對(duì)譜值的依賴關(guān)系,在譜域中實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)場(chǎng)輻射源二維入射角的兩變量分離、近場(chǎng)輻射源入射角與距離參數(shù)的三變量分離。為進(jìn)行空間譜值的提取,本論文隨后推導(dǎo)了采用傳感器進(jìn)行空間離散采樣后譜值的計(jì)算方法,并將譜域干涉儀方程應(yīng)用于平面圓陣、平面橢圓陣、立體球面陣對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)目標(biāo)的二維測(cè)向及平面圓陣對(duì)近場(chǎng)目標(biāo)的三維定位中,實(shí)現(xiàn)了二維入射角及三維位置參數(shù)的變量分離,建立了位置信息與采樣數(shù)據(jù)之間的解析表達(dá)式,輻射源位置參數(shù)通過顯式代數(shù)運(yùn)算獲得。隨后將譜域干涉儀方程應(yīng)用于平面圓陣、立體球面陣測(cè)向。建立了圓周及球面相位分布的譜域表達(dá)式,在譜域?qū)崿F(xiàn)了二維入射角的變量分離。采用傅氏級(jí)數(shù)作為基函數(shù),得到了離散采樣獲取譜值的解析表達(dá)式,并推導(dǎo)出通過離散采樣值計(jì)算二維入射角的代數(shù)關(guān)系式。根據(jù)傅氏采樣定理證明了采用圓陣及球面陣進(jìn)行二維測(cè)向的最小陣元數(shù)。本論文還推導(dǎo)了測(cè)向精度的理論下限,并通過對(duì)比基于譜域干涉儀方程的測(cè)向精度,表明譜域干涉儀方程應(yīng)用于平面圓陣及立體球面陣時(shí)為無偏估計(jì),且實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)估計(jì)。通過Parseval定理解釋了譜域干涉儀方程的數(shù)學(xué)內(nèi)涵。最后通過數(shù)值仿真與試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明了該方法的有效性。規(guī)則陣列不僅可用于對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)目標(biāo)的測(cè)向,還能對(duì)近場(chǎng)目標(biāo)進(jìn)行定位�；趫A陣的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱特性以及近場(chǎng)來波的球面波前特性,本論文同樣提出了譜域變換方法,將目標(biāo)位置的三維參數(shù)分離至譜域的兩階譜上,實(shí)現(xiàn)了三維參數(shù)的解析求解。通過采樣定理證明了采用圓陣進(jìn)行三維定位的最小陣元數(shù)。本論文還分析布陣形式對(duì)距離估計(jì)精度的影響。譜域干涉儀方程方法采用來波的相位信息進(jìn)行目標(biāo)定位,鑒于相位系統(tǒng)存在輸出以2π為周期翻轉(zhuǎn)的相位模糊問題,本論文提出兩種解模糊方法,一是采用所有單元信息求解模糊數(shù),通過模糊數(shù)為整數(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行整數(shù)搜索,并恢復(fù)得到實(shí)際相位值;二是基于圓陣的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱特性縮小模糊區(qū),采用圓陣的高階差分不變性縮減相位分布的值域,同時(shí)不引入測(cè)向誤差,使得解模糊與定位可以合并為統(tǒng)一步驟、通過代數(shù)運(yùn)算完成。本論文還分析了采用高階差分旋轉(zhuǎn)不變性正確解模糊的概率。最后通過仿真與測(cè)試結(jié)果表明了該方法的有效性。本論文的以上內(nèi)容基于采用固定陣列同時(shí)采集來波的空間場(chǎng)分布完成輻射源定位的方法,需要較多的天線以及對(duì)應(yīng)的接收通道。本論文還重點(diǎn)研究了采用簡(jiǎn)單的系統(tǒng)架構(gòu)估計(jì)多個(gè)寬帶時(shí)變信號(hào)參數(shù)的新方案,即通過一定的積累時(shí)間換取硬件規(guī)模的精簡(jiǎn),提出采用圓合成孔徑陣、僅用兩個(gè)旋轉(zhuǎn)天線的方法,估計(jì)多個(gè)輻射源的入射角信息,并同時(shí)進(jìn)行目標(biāo)的分選。本論文提出了將積累周期內(nèi)接收到的來自多個(gè)輻射源的交錯(cuò)信號(hào)進(jìn)行分解、并分別獨(dú)立地估計(jì)單個(gè)輻射源入射角參數(shù)的解決方案。為了同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)參數(shù)的聯(lián)合估計(jì),即二維入射角和信號(hào)分選,本論文提出采用最大期望算法,將一個(gè)高維多參數(shù)優(yōu)化問題分解成多個(gè)并行的低維問題進(jìn)行求解,并采用迭代算法交替進(jìn)行輻射源的分選與定位。除此以外,本論文還推導(dǎo)出基于來波相位進(jìn)行二維入射角解算的最大似然方法解析表達(dá)式。分析了該方法的精度,并對(duì)比圓合成孔徑陣的理論下限,表明該方法實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)估計(jì)。相位模糊問題通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的采樣位置的多樣性,并基于接收信號(hào)的復(fù)數(shù)響應(yīng)進(jìn)行解算。通過仿真結(jié)果驗(yàn)證了本方案的有效性。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN92

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本文編號(hào)：2588716