二维超分辨测向算法理论及应用技术研究

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1、二维超分辨测向算法理论及应用技术研究摘要为了提高被动探测器的角度分辨力，使其具有对同时到达的多部雷达信号的处理能力，本课题围绕二维超分辨测向算法理论及其在被动探测器中的应用展开研究。主要研究工程应用中急需解决的信源数估计问题、实际系统中阵列误差校正问题和算法的快速实现问题，针对每个问题进行深入细致的探讨，并提出了相应的解决方法，进行了软硬件方案的设计和实现，最后在实际系统中验证了所提算法的有效性，进行了相关指标的测试。在信源数估计方面，根据实际系统中的噪声为各阵元之间相关色噪声这一特点，分别提出了基于协方差矩阵对角加载的信源数估计方法和基于改进X一

2、均值聚类算法的信源数估计方法。前一种方法通过对角加载，改善了色噪声导致的特征值发散，然后利用信息论准则估计信源数；后一种方法根据信号特征值与噪声特征值的差异，合理的构造判别准则，然后利用置一均值聚类的思想将噪声特征值和信号特征值划分成两类。两种方法都可应用于色噪声背景下的信源数估计，其估计性能优于盖尔圆盘法，通过计算机仿真实验和实测数据实验验证了算法的有效性。在阵列误差校正方面，针对实际系统中对测向性能影响较大的通道幅度和相位不一致性误差，提出了阵列天线通道不一致性校正的辅加阵元法，该方法通过在阵列天线附近设置一个辅加阵元，获取通道幅度和相位不一致

3、性误差的估计，然后对接收数据进行校正。针对系统中存在的阵元位置误差，提出了基于遗传算法的阵元位置误差校正方法，该方法需要在远场设置一个位置不需要精确己知的辅助信源，经过遗传算法的优化获取阵元位置误差和信源位置的联合估计，校正算法可以离线完成，从而不占用算法的运算时间。在二维DOA(Directionofarrival—DOA)估计的快速实现方面，提出了基于多级维纳滤波器的二维DOA估计快速算法，利用多级维纳滤波器的前向递推获得接收数据的信号子空间和噪声子空间，从而有效的降低了特征分解的计算量。为了降低二维DOA估计中谱峰搜索的运算量，提出了利用大小

4、步长实现角度搜索的方法，该方法首先选用较大搜索步长确定DOA的粗略哈尔滨工程大学博士学位论文估计值，然后在此估计值附近区域内采用小步长进行精搜索，获得DOA的精确估计值，采用该方法可以大大降低二维DOA估计时谱峰搜索的运算量。在测向处理器方案设计及实现方面，根据MUSIC(MultipleSignalClassification--MUSIC)算法运算中数据动态范围大、精度要求高的特点和算法实时性的要求，采用四片ADI公司高性能浮点DSPTSIOIS并行实现MUSIC算法。在实际系统中进行了实验，验证了本文所提算法的有效性，并对测向处理器的相关指标

5、进行了测试。该硬件系统的设计与实现，为研制新型体制的被动探测器和推动MUSIC算法的工程应用奠定了基础。关键词：二维超分辨测向算法；被动探测系统；MUSIC算法；信源数估计；阵列误差校正；多级维纳滤波器二维超分辨测向算法理论及应用技术研究AbstractInordertoimprovetheangleresolutionofthepassivedetectorandmakeithavethecapabilityofmeasuringmultiplesimultaneoussignals，applicationofsuper-resolutionDO

6、Aestimationalgorithmtopassivedetectorisstudiedinthisdissertation．Severalproblemsurgentlytobesolvedareprimarilyresearched，includingestimatingthenumberofsignals，arrayerrorcalibrationinactualsystemandfastrealizationofthealgorithm．Eachsubjectisstudiedindetail，andcorrespondingcalib

7、rationmethodsareproposed．Thesoftwareandhardwareofthedirectionestimationprocessorisdesignedandrealizedinthisdissertation,andtheexperimentsinthepracticalsystemprovetheseproposedmethodsvalidandeffective，andsomeindexesaretestedinthesystem．Intermsofsourcenumberestimation,basedonthe

8、realitythatnoiseinthesystemiscorrelatedcolournoise，twomethods