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冲击噪声下特殊阵列误差校正和DOA估计研究

摘要

信号波达方向估计(DirectionofArrival，DOA)，是阵列信号处理领域的关键技术，

并广泛应用于军用和民用领域中。随着时代发展，通信环境变得日益复杂，对DOA估

计的精确度和鲁棒性的要求也在逐渐提升。

为了增加阵列孔径，学者们设计了一类特殊阵列，相比于均匀阵列，这一类特殊

阵列有较大自由度，可以实现欠定DOA估计，目前已经被广泛应用于实际工程中。

常见的针对特殊阵列的DOA估计方法均有以下两个前提：1、测向的背景噪声是

高斯噪声。2、阵列是没有模型误差的理想阵列。然而实际情况中的噪声背景有可能有

冲击特性，同时阵列也可能存在各类模型误差，在这两种条件下，大部分已有的DOA

估计方法的性能将严重下降。

对于特殊阵列而言，因为其子阵元间距较大，通常情况下不会考虑阵元间的互耦

效应，因此实际情况中最常出现的模型误差即阵列的幅相误差。针对冲击噪声和幅相

误差条件下特殊阵列测向性能下降的问题，本文提出了一系列冲击噪声抑制方法和基

于特殊阵列的幅相误差校正方法。本文主要工作和创新如下：

1.提出了一种冲击噪声环境下幅相误差自校正方法，该自校正方法不需要任何外加

条件即可估计出阵列的幅相误差以及波达方向角。并以互质阵列为例进行性能分析。

该方法中采用了一种基于精英学习机制的量子麻雀优化算法对阵列的相位误差参数进

行高效求解，并在迭代自校正过程中动态减少有哪些信誉好的足球投注网站区间的上下限，使算法的收敛精度

提高，相对于已有的幅相误差自校正方法而言，有更高的精度和鲁棒性。该方法没用

假设阵列形式，因此对所有类型的阵列均适用。同时推导了冲击噪声和幅相误差条件

下的克拉美罗界，为算法性能提供了理论指导。

2.提出了一种冲击噪声环境下基于已知角度的辅助源的幅相误差校正方法，并以嵌

套阵列为例进行性能分析，该方法没有对阵列形式做假设，因此适用于所有类型的阵

列。该方法采用量子哈里斯鹰优化算法对阵列的相位误差参数进行求解，在辅助源信

噪比较低时也能达到较高的校正精度。相比于自校正算法而言，该方法有更高的幅相

误差校正精度。仿真实验证明了该方法的有效性。

3.提出了一种冲击噪声环境下基于未知角度的辅助源的幅相误差校正方法，该方法

通过在两个快拍周期内旋转阵列接收辅助源信号矢量，能在存在幅相误差条件下对辅

助源角度进行精确定位，从而解算出阵列的幅相误差矢量。并以嵌套阵列为例进行性

哈尔滨工程大学硕士学位论文

能分析，该方法没有对阵列形式做假设，因此适用于所有类型的阵列。相比基于精确

位置的辅助源校正方法而言，该方法不需要设置角度精确已知的辅助信号源，在实际

工程中较易实现，有较高的应用价值。仿真实验证明了该方法的有效性。

4.提出了一种基于嵌套阵列的冲击噪声环境下辅助阵元幅相误差校正方法，首先在

已有的冲击噪声抑制方法基础上进行改进并提出了一种不需要冲击噪声先验知识的冲

击噪声抑制方法，其次，提出了一种非等间距的辅助阵元排列方法，使辅助阵元能在

虚拟域中映射出尽可能多的虚拟阵元，该辅助阵元的排列方法可以应用于所有的特殊

阵列，然后，将一种基于均匀阵列的幅相误差条件下的DOA估计方法推广至非均匀阵

列中，可以在不需要谱峰有哪些信誉好的足球投注网站的条件下精确估计出信源的波达方向角，计算量较低。

并通过仿真证明了该方法的有效性。

关键词：DOA估计；冲击噪声；幅相误差；特殊阵列

冲击噪声下特殊阵列误差校正和DOA估计研究

ABSTRACT

Directionofarrival(DOA)estimationisakeytechnologyinthefieldofarraysignal

processing,andiswidelyusedinbothmilitaryandcivilianfields.WiththedevelopmentofThe

Times,thecommunicationenvironmenthasbecomeincreasinglycomplex,andt