单Chirp脉冲时域自适应波束形成和参数估计_宋志杰.pdf

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1、第３４卷第８期系统工程与电子技术Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．８２０１２年８月ＳｙｓｔｅｍｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＡｕｇｕｓｔ２０１２文章编号：１００１－５０６Ｘ（２０１２）０８－１５９２－０５单Ｃｈｉｒｐ脉冲时域自适应波束形成和参数估计宋志杰，王良（中国海洋大学信息科学与工程学院，山东青岛２６６１００）摘要：将最小方差无畸变响应（ｍｉｎｉｍｕｍｖａｒｉａｎｃｅｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｌｅｓｓｒｅｓｐｏｎｓｅ，ＭＶＤ

2、Ｒ）自适应波束形成方法拓展到一类非平稳脉冲信号，利用时域ＭＶＤＲ（ｔｉｍｅ－ｄｏｍａｉｎＭＶＤＲ，ＴＭＶＤＲ）实现了单Ｃｈｉｒｐ脉冲信号的自适应波束形成，即ＣＴＭＶＤＲ（ＴＭＶＤＲｏｎｓｉｎｇｌｅＣｈｉｒｐｐｕｌｓｅｓｉｇｎａｌ，ＣＴＭＶＤＲ）。ＣＴＭＶＤＲ可估计具有常数幅值的未知Ｃｈｉｒｐ脉冲信号的波达方向（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆａｒｒｉｖａｌ，ＤＯＡ）、信号功率和时间波形。理论分析结果表明，稳定估计自适应权向量的条件是稳定估计Ｃｈｉｒｐ脉冲时间序列的自相关。数值仿真和海上实验结果表明，在采样频率不大于１０倍Ｎｙｑｕｉｓｔ频

3、率条件下，只需少于１０２４个采样点，即可获得稳定的自适应权向量估计；和常规波束形成对比，ＣＴＭＶＤＲ有更好的波束响应、ＤＯＡ估计、阵处理增益和Ｃｈｉｒｐ脉冲信号的时间波形估计性能。关键词：阵列信号处理；非平稳脉冲参数估计；时域自适应波束形成中图分类号：Ｏ４２７文献标志码：ＡＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－５０６Ｘ．２０１２．０８．１３Ｔｉｍｅ－ｄｏｍａｉｎａｄａｐｔｉｖｅｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇａｎｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｎｓｉｎｇｌｅＣｈｉｒｐｐｕｌｓｅｓＳＯＮＧＺｈｉ－ｊｉｅ，ＷＡＮＧＬｉ

4、ａｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＯｃｅａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎａ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６１００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｍｉｎｉｍｕｍｖａｒｉａｎｃｅｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｌｅｓｓｒｅｓｐｏｎｓｅ（ＭＶＤＲ）ａｄａｐｔｉｖｅｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇｉｓｅｘｔｅｎｄｅｄｉｎｔｏｏｎｅｋｉｎｄｏｆｎｏｎ－ｓｔａｔｉｏｎａｒｙｐｕｌｓｅｓｉｇｎａｌｓ．Ｕｓｉｎｇｔｈｅｔｉｍｅ－ｄｏｍａｉｎＭＶＤＲ（ＴＭＶＤＲ），ＴＭＶＤＲｏｎｓｉ

5、ｎｇｌｅＣｈｉｒｐｐｕｌｓｅｓｉｇｎａｌ（ＣＴＭＶＤＲ）ｉｓｒｅａｌｉｚｅｄ．ＴｈｅＣＴＭＶＤＲｃａｎｅｓｉｍａｔｅｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆａｒｒｉｖｉｎｇ（ＤＯＡ），ｔｈｅｓｉｇｎａｌｐｏｗｅｒａｎｄｔｈｅｔｉｍｅｗａｖｅｆｏｍｅｏｆｕｎｋｎｏｗｎＣｈｉｒｐｐｕｌｓｅｓｉｇｎａｌｓｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｓｔａｎｔａｍｐｌｉｔｕｄｅ．Ｔｈｅｏｒｅｔｉ－ｃａｌａｎｙｌｙｓｉｓｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｓｔａｂｌｅｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆｗｅｉｇｈｔｖｅｃｔｏｒｉｓｓｔａｂｌｅｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆｓｅｌｆ

6、－ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｒｐｓｉｇｎａｌｓｅｑｕｅｎｃｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｍａｒｉｎｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｔａｂｌｅｅｓｔｉ－ｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｗｅｉｇｈｔｖｅｃｔｏｒｃａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄｕｓｉｎｇｌｅｓｓｔｈａｎ１０２４ｓａｍｐｌｉｎｇｐｏｉｎｔｓｗｈｅｎｔｈｅｓａｍｐｌｉｎｇｒａｔｅｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ１０ｔｉｍｅｓｎｙｑｕｉｓｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙ．Ｃｏｍｐａｒｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ，

7、ｔｈｅＣＴＭＶＤＲｈａｓａｂｅｔｔｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｔｈｅｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇｒｅｓｐｏｎｓｅ，ｅｓｔａｍａｔｉｏｎｏｆＤＯＡ，ａｒｒａｙｇａｉｎａｎｄｔｈｅｆｉｄｅｌｉｔｙｏｆｗａｖｅｆｏｒｍｏｆＣｈｉｒｐｐｕｌｓｅｓｉｇｎａｌｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｒｒａｙｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆｎｏｎ－ｓｔａｔｉｏｎａｒｙｐｕｌｓｅｓｉｇｎａｌ；ｔｉｍｅ－ｄｏｍａｉｎａ－ｄａｐｔｉｖｅｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ再利用多个波束输出实现ＭＶＤＲ，有效减少

8、了互谱矩阵的０引言维数，对快拍数要求也相应降低。１９７２年Ｆｒｏｓｔ提出了一１９６９年Ｃａｐｏｎ提出最小方差无畸变响应（ｍｉｎｉｍｕｍ种宽带信号的时域自适应波束形成方法，在多个频点上分ｖａｒｉａｎｃｅｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｌｅｓｓｒｅｓｐｏｎｓｅ，ＭＶＤＲ），由于其在声纳、别计