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文檔簡介
1、空間譜方法描述了信號功率譜隨著空間參數(shù)變化的分布情況,其主要目的是根據(jù)功率譜的特點對空間參數(shù)進(jìn)行估計,所以又稱為空間譜估計。本論文主要討論了用空間譜的方法對到達(dá)參數(shù)進(jìn)行估計的幾個問題,主要包括波達(dá)方向估計和到達(dá)時間估計兩個方面。論文首先簡述了到達(dá)方向估計和到達(dá)時間估計兩大類到達(dá)參數(shù)的空間譜方法的基本原理和目前的一些現(xiàn)狀,以及需要解決的一些問題。 波達(dá)方向估計是空間譜估計中應(yīng)用最廣泛的一個方面,其應(yīng)用主要是基于陣列信號處理,而除了
2、均勻線性陣列,其他幾何形狀的天線陣列也越來越多地應(yīng)用譜估計算法,同時由于譜估計算法計算量較大,各類譜估計的快速算法應(yīng)運而生。對于均勻圓形陣列,在信源都是非相干信源的情形下,由于模式變換后的協(xié)方差矩陣具有類Toeplitz的特征,因此,我們可以根據(jù)這種特殊的性質(zhì),直接求得噪聲分量,因此若使用ESPRIT算法進(jìn)行波達(dá)方向估計,就可以避免第一次特征分解,較大程度上減少了計算量。 在現(xiàn)實場景中,由于可能無法布置出均勻分布的陣元,因此非均
3、勻陣列也逐步成為陣列信號處理中研究的熱點,緒論中概述了非均勻陣列的幾種常見譜估計算法,并且提到了基于信號子空間的廣義ESPRIT算法,該算法用一步特征分解來計算信號子空間;本文在此基礎(chǔ)上,提出了無特征分解的波達(dá)方向估計算法,無需求解信號子空間,也即無需特征分解,通過構(gòu)造出了一個類似于MUSIC譜結(jié)構(gòu)的空間譜,達(dá)到估計波達(dá)方向的目的;因為省去了特征分解,所以其運算量也得到了較大程度的減少。 上述兩個工作都是基于信源為非相干信源的場
4、景,而對于相干信源,由于信號協(xié)方差矩陣會出現(xiàn)秩缺失,因此,譜估計算法就會出現(xiàn)漏估或者誤估的情形。對于均勻圓形陣列來說,由于模式變換后約去了貝塞爾函數(shù)極小項,因此變換后的陣列陣元數(shù)量會比實際陣元數(shù)量要少,此種場景下,由于空間平滑算法帶來的陣元損失對于估計信源數(shù)量的影響就更為嚴(yán)重。因此,本文針對均勻圓形陣列提出分階段估計相干和非相干信源的算法,可以估計更多的信源,甚至估計信源的數(shù)量超過了模式變換后陣列的陣元數(shù),一定程度上彌補了由于模式變換帶
5、來的陣元數(shù)量的損失;而且,在本算法中,通過差分可以消除了噪聲分量,因此我們還提出了ESPRIT算法在此類場景中的快速實現(xiàn),加快了運算速度。 到達(dá)時間估計是定位技術(shù)中間最為核心的算法之一,由于譜估計算法具有高分辨力的估計性能,因此涌現(xiàn)了不少利用譜估計算法對到達(dá)時間進(jìn)行估計的算法,此類算法往往會碰到兩個問題,一是小樣本情形下路徑的自相關(guān)矩陣會出現(xiàn)秩缺失,二是在由于非直視環(huán)境的存在,首徑會發(fā)生一定程度的衰落,后續(xù)路徑往往會被當(dāng)成首徑作
6、為到達(dá)時間的估計,不僅如此,甚至某些噪聲也可能被當(dāng)作首徑;而對于有些復(fù)雜環(huán)境的直視環(huán)境,其首徑也可能發(fā)生一定程度的衰落,同樣也會出現(xiàn)上述首徑未被檢測出的情形。本文提出了將TLS-ESPRIT算法應(yīng)用于到達(dá)時間估計,并且在小樣本的前提下,利用空間平滑的方法將路徑的自相關(guān)矩陣恢復(fù)成滿秩,同時將實值運算應(yīng)用于譜估計算法,加快了運算速度;同時為了減小首徑衰落的影響,本文提出了基于概率分析的首徑到達(dá)時間估計方法,該方法主要選取了數(shù)個樣本下的前幾個
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