恒定束宽波束形成及宽带DOA估计应用研究.doc

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1、高分辨方位估计是卸技术的发展，其在声纳、雷初都是在窄带信号的假设利于目标检测、参量估计来越多。恒定束宽波束形内容。论文从实际工程应咼分:辨卩$剧信咼处1理的棉相十源波束域DOA估说关键词：阵列信号处:DSP恒亍gperspect•1Ve•1nradarands0nar0Te1ectr0n•1candheana1ys•1s0fw1ut■10ncapab•11•10fest•1mat•10nfca11yused•C0nstc•1A§itfiiinfeu金

2、ililnae•lxtropnemol•11ntVau・1sirAorao•11fcsmngniDDnV^psrtbeamw•1dthbmdes

3、t•1mat•10nas0fc0mm0n0rth0matr•1X•5•Th(e1constat•1mat•10na1g0r•1thmsaremharwarearchtecture■1themeth0d010gs0ftwaredeVe1eVe10pedanddebugged•1nm0da1epr0p0sedf0keym0du1esf0滦发細咖翻關1・1研究目的和研贫阵列信号处理作为号并估计信号参数，女口获得空间增益，抑制干标参数，为目标定向跟II•2纳等许多领域的重要任务现的处理方法是波束形成这类方法虽然运算量小，受到瑞利限的制约，无论束宽度内的多个目标，更确定位的技术要求【7—J°后来出现的高

4、分辨丈结构类方法。该类方法基曰但是，最初的高分扌处理系统中。阵列接收至I做法是将宽带信号分解;果，这就是非相干信号子信噪比时，估计性能开勺某些窄带方法一样，不乍念，通过聚焦，将各个髓的观测量，并由此进行隹焦矩阵将各个窄带互谱盛术，并进行了计算机仿真源波束域DOA估计在D绍如下：第二章介绍了宽带阵夕据模型以及加性噪声模型本原理以及本文即将展开讨第三章研究了宽带恒设计思想，并着重分析了定柬宽波束形成器的时域垮葩均負矚啊IM(2.第二章本章将介绍宽带阵歹并简要介绍基于窄带信毛2.1宽带阵列信号处31如果没有特殊说明，阵列信号模犁：(,,其中图2・3均匀圆弧番点j4、均匀线列阵均匀线列阵由M个

5、参考点

6、，垂直于阵列的7量表达式为a(J均匀线列阵迷j础I阵列模型。若无特殊说冃方.11(.，㊁接恢籤据谥a(f于是,(2.8E攻帥我以上是阵列输出的窄带杉M,e2,...e2.2子空间类高分劳以MUSIC法义研究的基础，这里作简阵列输出矢量的杖式中E{.}表7K数与矩阵E。和噪声特征向IEoEIV=【定义扫描向量a理想条件下，扫两北工业大学硕｝一论文第三章宽频带恒定束宽波束形成器在水下信号处理中，无论是主动发射的冋波信号，还是目标的辐射信号，基阵系统接收到的往往都是宽带信号。一定频率的信号通过基阵时，基阵等效于一个空间滤波器，基阵的方向性函数即是该空间滤波器的频率响应函数。不同频率的信号通过基阵时，

7、基阵的方向性函数是不同的。对于一个设计好的基阵，随频率升高，波朿的宽度会变窄，因此宽带信号从基阵非主轴方向入射时，高频部分的能量有很大损失，将造成信号波形的畸变，给参数估计和波形分析带來困难。所以有必要设计恒定束宽波朿形成器，使得在信号帯宽内，基阵的波朿主瓣宽度保持恒定。下面以均匀线列阵为例介绍儿种恒定柬宽阵的设计方法。3.1基阵方向性函数对手有M个阵元，阵元间距为d的均匀线列阵（ULA）,若声波的入射方向与基阵的法线夹角为口，如图3.1所示。以左边第一个阵元为参考，所得基阵响应为IF,（占）=工a（i）e—删”IV“。1”。（3・1）TUYD（口）=1H（口）1=1乂基卩ffj（方甲号腎羊砌

8、翔&函数，它有以下特点：方向性函数的影响是相同的。其屮a（i）为阵元权系数，棚为时间频率，c为声速。基阵的方向性函数定义为山（3.2】式可见，！时间频率缈和阵酉驷諒的半缈寸基芳辱阵元权系数口（/）弹理娈申将影响方向性函数的某些参数，如主瓣宽度、旁瓣幅度以及方向性函数的零点位置等。对于宽带信号，基阵形成的指向性图如图32所示（阵元数目5,廿髙,e基阵形贱閤浓50根瓣號腿慟康卜降40dB）。可见，对于设计好的一个基阵，随频率西北T业人学坝士论文恒定柬宽阵的设计就是使得宽带信号通过〜基阵系统（确定的儿何形状和尺寸的条件下）时，它所形成的方向性图的波束宽度保持恒定。参考前述基阵指向性函数的特点，可队总

9、结岀恒定朿宽波朿形成器的两种主要设计思路：随频率变化改变基阵阵元数口或基阵孔径；随频率变化改变基阵各阵元权系数。本章研究分别基于以上设计思想的儿种设计方法，对它们进行仿真，分析比较各种方法的优缺点，最后对空fJ重采样方法进行改进。图3I均匀线列阵示意图图3.2指向性闰3•2随频率变化改变阵元数口或基阵有效孔径当基阵采用均匀加权时，基阵的方向性函数可以写为主瓣宽度近似为%地in。（0.44意）（3A