阵列误差对DOA估计的影响及校正

空间谱(DOA)估计是阵列信号处理中的一个重要的研究方向,在雷达、通信、声纳等众多领域有极为广阔的应用前景。空间谱估计侧重于研究空间多传感器阵列所构成的处理系统对感兴趣的空间信号的多种参数进行准确的估计的能力,其主要目的是估计信号的空域参数或信源的位置,这也是雷达、通信、声纳等许多领域的重要任务之一。本文是课题组与有关研究所的对于天波超视距雷达中的DOA估计的合作项目的一个课题。天波超视距雷达一般采用自适应波束形成(ADBF)方法处理阵列信号。但在ADBF处理时,必须对目标回波信号和干扰信号的到达方向进行估计。因此信号波达方向(DOA)估计方法在天波超视距雷达中起到至关重要的作用。但是各种误差对信号波达方向(DOA)估计有很大的影响,使波达方向的估计产生误差并失效,因此必须校正误差对信号波达方向的影响,提高目标检测能力,从而充分发挥天波超视距雷达的性能优势。 本文主要研究阵列误差对天波超视距雷达中的DOA估计的影响和对其校正的方法。 首先,给出了天波超视距雷达信号处理的基本框架,并且介绍了方位信号提取的原理和信源假设。另外,对天波超视距雷达中用于方位检测的DOA估计以及一些相关理论方法进行了分析与比较,并给出了计算机仿真,通过比较,决定了本文主要针对误差对多重信号分类(MUSIC)法的影响进行研究和分析。 然后,对阵列位置误差、通道误差(增益误差和相位误差)对MUSIC算法的影响进行了初步的研究和分析,并从对MUSIC空间谱的一阶泰勒公式展开导出了MUSIC算法的敏感度公式,根据导出的敏感度公式,讨论了阵列通道误差在不同情况下对MUSIC空间谱的不同的影响,并且对分析都进行了计算机仿真。 最后,介绍了两种误差校正方法。其中基于子空间原理和最速下降法的阵列位置误差的校正方法借助了来自远场的三个方向不必精确已知的校正信号来对误差的影响进行校正。而阵元通道误差的校正方法利用了阵列协方差矩阵的Toeplitz性来减少误差的影响。并且通过仿真实验,验证了这两种校正方法的有效性。