【正文】
:米波雷達(dá)方位超分辨問題、在雷達(dá)低角跟蹤中實現(xiàn)精確跟蹤問題;無源陣列雷達(dá)中的目標(biāo)方位估計與定位問題;成像雷達(dá)中改善成像的分辨力問題;測量雷達(dá)中測定目標(biāo)軌跡;彈載系統(tǒng)中對導(dǎo)彈進(jìn)行實時跟蹤;再入遙測技術(shù)中對再入遙測信號的運動進(jìn)行精確跟蹤估計;智能天線中用于測定上行鏈路的信號來向及確定下行鏈路的波束指向;無線電電子等。所有這些都是當(dāng)前研究的熱點問題。結(jié)論在陣列信號處理中,DOA估計占有突出重要的地位,具有廣泛的應(yīng)用前景。在諸如通信、雷達(dá)、聲納、氣象預(yù)報、海洋與地質(zhì)勘探、地震和生物醫(yī)學(xué)等許多領(lǐng)域中,都會遇到DOA估計問題。DOA估計技術(shù)的關(guān)鍵在于利用處于空間不同位置的天線信號陣列,接收多個不同方向的信號源發(fā)出的信號,運用現(xiàn)代信號處理方法快速、高精度地估計出信號源的方向。近年來,波達(dá)方向估計的各種算法取得了豐碩的成果,其理論日益完善,這為其投入實際的應(yīng)用中提供了堅實的理論基礎(chǔ)。本文對DOA估計超分辨算法中的多信號分類(MUSIC)算法進(jìn)行了理論學(xué)習(xí)和仿真研究?,F(xiàn)將本文所做的主要研究內(nèi)容及結(jié)論歸納如下:首先提出了DOA估計的研究背景及意義,對空間譜估計在國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了概括,進(jìn)而確定了本文的主要研究內(nèi)容。然后介紹了DOA估計中涉及的相關(guān)知識:空間譜估計的原理、陣列信號DOA估計的模型、陣列信號DOA估計的常用方法及其影響因素、MATLAB基礎(chǔ)及其他相關(guān)知識。然后詳細(xì)闡述了DOA估計中的MUSIC算法,建立了DOA估計的數(shù)學(xué)模型,對MUSIC算法進(jìn)行了詳細(xì)的分析,并給出了MUSIC算法的基本原理和實現(xiàn)步驟。針對信號相干時經(jīng)典MUSIC算法失效,提出了改進(jìn)的MUSIC算法。然后對MUSIC算法進(jìn)行了大量的仿真,根據(jù)仿真結(jié)果分析得出了MUSIC算法DOA估計性能和與改進(jìn)MUSIC算法的比較。通過仿真可以看出陣元數(shù)越多,快拍數(shù)越多,信噪比越高,信號入射角度差越大 MUSIC算法的分辨率越高,當(dāng)陣元間距不大于載波半波長時, MUSIC算法的分辨力隨著陣元間距的加大相應(yīng)提高,但當(dāng)陣元間距大于/2時,空間譜除了信號源方向外在其他方向出現(xiàn)虛假譜峰。當(dāng)信號相干時,經(jīng)典的MUSIC算法已經(jīng)失去有效性,而改進(jìn)的算法則能有效區(qū)分出它們的DOA。改進(jìn)MUSIC算法使MUSIC算法對信號DOA的估計性能更加完善,同時從理論上和實踐上對DOA估計的研究都有一定的參考作用,MUSIC算法還有很大的發(fā)展空間。最后提出了MUSIC算法在實際應(yīng)用中存在的問題及解決措施,對DOA估計進(jìn)行了展望。致謝語本次畢業(yè)設(shè)計及論文是在我的導(dǎo)師李大社老師的幫助、指導(dǎo)下完成的,論文的選題、課題的研究以及文章的撰寫無不包含著李老師的辛勤勞動。同時,李老師的那種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的知識以及對工作認(rèn)真負(fù)責(zé)的精神都是值得我學(xué)習(xí)的。文章的順利完成與李老師的關(guān)心和無私的幫助是密不可分的。在此我向李老師表示衷心的感謝!同時感謝母校這四年里對我們的培養(yǎng),感謝母校為我們的成長提供了良好的環(huán)境!感謝我的父母,感謝他們多年來對我的培養(yǎng)和鼓勵!正是有了他們作為我的堅強(qiáng)后盾我才能順利完成學(xué)業(yè)、不斷進(jìn)步。感謝曾經(jīng)教育過我的老師以及幫助過我的同學(xué)!最后向?qū)忛喆宋牡睦蠋熤乱哉嫘牡母兄x!感謝你們?yōu)樵u閱本文而付出辛勤勞動!由于本人水平有限,論文中難免有不足之處,懇請各位老師給予批評指正。[參考文獻(xiàn)][1] Wang Buhong, Wang Yongliang, Chen Hui, Weighted spatial smoothing for direction of arrival estimation of coherent Signal [J]. IEEE AP. And , 6:668671.[2] Schmidt R .O. Multiple emitter location and signal parameter estimation [J] .IEEE Trans AP, 1986, 34 (2):276—280.[3] Kundu D .Modified MUSIC algorithm for estimating DOA of signals [J].Signal Processing, 1996, 48(1):8590. [4] HayKin S, Keily J P. Some aspects of arrays signal processing [J].IEEE Proc, 1992, 139(1):100124.[5] Godara L C. Application of antenna arrays to mobile munication, part Ⅱ: Beam forming and directionofarrival consideration [J].Proc, IEEE, 1997, 85(8):11951245.[6] Zhang Q, Wang K M, Statistical analysis of the performance if information theoretic criteria in the detection of the number of signals in array processing [J]. IEEE trans. On ASSP, 1989, 37(10):15571567.[7] H. krim, . Two decades of array signal processing research. [J]. IEEE Magazine, 1996, (7):.[8] . Naidu , . Direction of Arrival estimation in the presence of distributed noise sources: cumulant based approach.[ J].Acoust. Soc , 1995 , Pt .1 .[9] Hasan. DOA and frequency estimation using fast subspace algorithms[J]. Signal Processing,1999 , Vol, 4962 .[10] Rao B D, Hari K V S. Performance analysis of RootMUSIC. IEEE Trans. On ASSP, 1989, 37(12):19391949.[11] 王永良,[M].北京:清華大學(xué)出版社,2004.[12] 劉剛,呂新華,[J].微計算機(jī)信息,2006年第22卷第43期.[13] .[14] [M].:科學(xué)出版社,1997.[15] [D].廣州:華南師范大學(xué),2002.[16] [D].華中科技大學(xué),2007.[17] 陳輝,[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù),.2004, .[18] 李杰,[J].杭州電子工業(yè)學(xué)院學(xué)報,,Dec,2001.[19] [D].山東大學(xué)碩士學(xué)位論文,2006.[20] 陳俊仕,江連山,[M].清華大學(xué)出版社,2005.[21] 劉德樹,羅景青,[M].中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社,1997.[22] [M].西北工業(yè)大學(xué)出版社,1989.[23] 王曙,[J].上海交通大學(xué)學(xué)報,1999.[24] [D].西安電子科技大學(xué),1994.[25] 郭躍,[J].電子學(xué)報,2007年09期.[26] 曾慶棟,.[J].科技信息,2008.[27] 張賢達(dá),.[M].國防工業(yè)出版社,2000.[28] 張賢達(dá),現(xiàn)代信號處理[M].北京:清華大學(xué)出版社,1996.[29] 韓芳明,張守宏,[J].,30(5):5 85589.[30] 邢超,[J].科技信息2007.[31] [M].清華大學(xué)出版社,2001.[32] 樓順天,李博菡. 基于MATLAB的系統(tǒng)分析與設(shè)計——信號處理[M]. 西安: 西安電子科技大學(xué)出版社, 2000.[33] 張志涌,[M].北京航空航天大學(xué)出版社,2010.[34] 王正林,[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006.[35] 侯友國,郭偉,[J]. , ,.[36] 王進(jìn),趙擁軍,[J].計算機(jī)工程,.附錄附錄一:MUSIC 算法MATLAB仿真源代碼clc clear all format long %將數(shù)據(jù)顯示為長整型科學(xué)計數(shù)N=200。%快拍數(shù)doa=[20 60]/180*pi。 %信號到達(dá)角w=[pi/4 pi/3]39。%信號頻率M=10。%陣元數(shù)P=length(w)。 %信號個數(shù)lambda=150。%波長d=lambda/2。%陣元間距 snr=20。%信噪比B=zeros(P,M)。 %創(chuàng)建一個P行M列的0矩陣for k=1:P B(k,:)=exp(j*2*pi*d*sin(doa(k))/lambda*[0:M1])。 %矩陣賦值end B=B39。 xx=2*exp(j*(w*[1:N]))。 %仿真信號x=B*xx。 x=x+awgn(x,snr)。%加入高斯白噪聲R=x*x39。 %數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣 [U,V]=eig(R)。 %求R的特征值和特征向量UU=U(:,1:MP)。 %估計噪聲子空間theta=90::90。 %%譜峰搜索for ii=1:length(theta) AA=zeros(1,length(M))。 for jj=0:M1 AA(1+jj)=exp(j*2*jj*pi*d*sin(theta(ii)/180*pi)/lambda)。end WW=AA*UU*UU39。*AA39。 Pmusic(ii)=abs(1/ WW)。 end Pmusic=10*log10(Pmusic/max(Pmusic))。 %空間譜函數(shù)plot(theta,Pmusic,39。k39。) xlabel(39。角度 \theta/degree39。) ylabel(39。譜函數(shù)P(\theta) /dB39。) title(39。MUSIC算法的DOA估計譜39。)grid on 附錄二:MUSIC算法DOA估計與陣元數(shù)的關(guān)系仿真源代碼clc clear all format long %將數(shù)據(jù)顯示為長整型科學(xué)計數(shù)N=200。 %快拍數(shù)doa=[20 60]/180*pi。 %信號到達(dá)角w=[pi/4 pi/3]39。 %信號頻率M1=10。 %陣元數(shù)M2=50。M3=100。P=length(w)。 %信號個數(shù)lambda=150。 %波長d=lambda/2。 %陣元間距snr=20。 %信噪比B1=zeros(P,M1)。 B2=zeros(P,M2)。B3=zeros(P,M3)。for k=1:P B1(k,:)=exp(j*2*pi*d*sin(doa(k))/lambda*[0:M11])。 %矩陣賦值B2(k,:)=exp(j*2*pi*d*sin(doa(k))/lambda*[0:M21])。 B3(k,:)=exp(j*2*pi*d*sin(doa(k))/lambda*[0:M31])。 end B1=B139。 B2=B239。 B3=B339。 xx=2*exp(j*(w*[1:N]))。 %仿真信號x1=B1*xx。 x2=B2*xx。 x3=B3*xx。 x1=x1+awgn(x1,snr)。 %加入高斯白噪聲x2=x2+awgn(x2,snr)。x3=x3+awgn(x3,snr)。R1=x1*x139。 %數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣R2=x2*x239。R3=x3*x339。[U1,V1]=eig(R1)。 %求R的特征值和特征向量[U2,V2]=eig(R2)。 [U3,V3]=eig(R3)。 UU1=U1(:,1:M1P)。 。 %估計噪聲子空間UU2=U2(:,1:M2P)。 UU3=U3(:,1:M3P)。 theta=90::90。 %%譜峰搜索for ii=1:length(theta) AA1=zeros(1,length(M1))。 for jj=0:M11 AA1(1+jj)=exp(j*2*jj*pi*d*sin(theta(ii)/180*pi)/lambda)。end WW1=AA1*UU1*UU139。*AA139。 Pmusic1(ii)=abs(1/ WW1)。 end for ii=1:length(theta) AA2=zeros(1,length(M2))。 for jj=0:M21 AA2(1+jj)=exp(j*2*jj*pi*d*sin(theta(ii)/180*pi)/lambda)。end WW2=AA2*UU2*UU239。*AA239。 Pmusic2(ii)=abs(1/ WW2)。 end for ii=1:length(theta) AA3=zeros(1,length(M3))。 for jj=0:M31 AA3(1+jj)=exp(j*2*jj*pi*d*sin(theta(ii)/180*pi)/lambda)。end WW3=AA3*UU3*UU339。*AA339。 Pmusic3(ii)=abs(1/ WW3)。 end Pmusic1=10*log10(Pmusic1/max(Pmusic1))。 %空間譜函數(shù)Pmusic2=10*log10(Pmu