阵列信号参数估计与跟踪方法研究

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1、阵列倍号参数佔计巧跟踪方法研究ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＰａｒａｍｅｔｅｒＥｓｔｉｍａｔｉｏｎａｎｄＴｒａｃｋｉｎｇＭｅｔｈｏｄｉｎＡｒｒａｙＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ作者巧名：单泽彪专业名称：控制理论与控制Ｔ程研究方向：？ｆｔ达与阵列信号处理巧巧教师：石要武教授学位类别：Ｘ学博十培养单位：通化程学院论义答辩口期：２０１６年１１／ｊ２６口授予学位日期：知？年／么月Ｈ：论文评阅人：销辩蛋员会组化－、ｒｆ中心家町靑级阳北；化乂巧席：向强斌研究巧Ｋ乾

2、化机所ＩＩ；业甘巧专家ＪＲ商级东化人学委员：李九诉坡校松巧乂学阿中：（／家止高级武汉人学ｍ度祐教授；Ｖ林人７刘亩数巧占林乂巧调森益靴巧Ｍ林乂＇秘；：Ｉ马度教授ｔＶ林人中未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本，均不得对本论文的全部或、电子版本的任何单位和个人部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有）。否碼作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限则。，应承担侵权的法律责任吉林大学博±学位论文原创性声明，独本人郑垂声明：所呈交学位论文，

3、是本人在指导教师的指导下内容外，本论文立进巧研究Ｘ作所取得的成果经。除文中己经注明引用的不包含任何其他个人或集体集己发表或撰写过的作品化果。对本义的研究做出重要贡献的个人和体，均己在文中明确方式标明。本人完全意识到本声明的法悼结果由本人承担。学位论文作者签名：ｍ日期：２０１６年１２月但Ｈ摘要阵列信号参数估计与跟踪是阵列信号处理领域中一项重要的研究内容，其广泛应用于雷达探测、声纳定位、无线通信、地震勘探、射电天文以及生物医学工程等众多军事与民用领域。阵列信号参数估计与跟踪包括“参数估计”和“参数跟

4、踪”两部分，其中阵列信号参数估计历经近几十年的发展，其基本理论框架和基本算法已经基本成熟，但随着阵列信号参数估计从理论方法到实际工程应用技术的转变，人们对算法的稳健性、估计精度以及计算复杂度等提出了更高的要求；而阵列信号参数跟踪更是面临着许多尚未得到很好解决的问题。本文深入研究了其中的一些关键问题，主要包括复杂噪声背景下的信源数估计、相干信号的波达方向（DOA）估计、相干/同向信号的DOA与多普勒频率联合估计、DOA跟踪以及多普勒频率跟踪等，针对以上问题提出了一系列有效的算法，并取得了一些有意义的成果。本文的研究工作主要

5、包括以下6个部分：第一，针对复杂噪声背景下信源数估计问题，提出了一种基于伪协方差矩阵的Otsu类间方差法。由阵列输出信号延时相关构成的伪协方差矩阵对一定条件下的高斯白噪声和高斯色噪声具有免疫特性，并且利用阵元间的时间相关提高了阵列的有效孔径，进而提高了伪协方差矩阵奇异值分解后信号奇异值与噪声奇异值的大小差异程度。最后利用Otsu类间方差法对信号奇异值与噪声奇异值进行分类，进一步提高了信源数的检测成功概率。第二，针对相干信号DOA估计问题，提出了一种基于特征空间MUSIC算法的空间平滑估计方法。首先对相干信号进行空间平滑预

6、处理，然后对其应用特征空间MUSIC算法进行DOA的有效估计，使其最大限度地利用信号子空间和噪声子空间的信息。所提方法并不影响非相干信号存在时DOA的估计，且还可以对信号源功率进行有效的估计。与传统空间平滑算法及修正MUSIC算法相比，所提方法具有更低的信噪比门限和更高的估计精度及分辨力。第三，针对DOA与多普勒频率联合估计问题，提出了两种算法：1）针对DOA与多普勒频率联合估计的二维MUSIC算法在低信噪比、小快拍数等非理想条件下估计性能变差的问题，提出了一种利用信号子空间投影方法修正的二维MUSIC算法。给出了一种运

7、用信号功率倒数加权的信号子空间投影方法，并将其与二维MUSIC算法进行空间谱合成，充分利用信号子空间与噪声子空间两者的信息，提高了新算法在非理想条件下对多目标DOA及多普勒频率联合估计的分辨性能。2）针对相干/同向信号DOA与多普勒频率的联合估计问题，提出了一种基于数据共轭重构的修正二维MUSIC算法。首先，建立包含DOA与多普勒频率信息的广义阵列信号模型，I并对阵列协方差矩阵利用数据共轭重排加以重构，使其可有效适用于相干/同向信号下DOA与多普勒频率的联合估计；其次，在二维MUSIC算法重构的基础上，利用1）中所提出的

8、信号子空间投影方法对其加以修正，可以进一步提高算法的分辨性能。所提算法还可以对信号的功率进行有效估计，且估计参数均可自动配对。第四，针对最大似然估计方法计算量大的问题，提出了一种基于序列二次规划（SQP）的最大似然DOA及其与多普勒频率联合估计的方法。最大似然方法是一种在已知白噪声情况下的贝叶斯最优估计方法，在DOA