穩(wěn)健的陣列參數(shù)估計及應(yīng)用研究.pdf

1、論文主要研究非理想環(huán)境下的空間信號檢測、定位和波束形成問題，同時針對OFDM通信系統(tǒng)，研究了載波頻率的同步和跟蹤問題。論文首先研究了色噪聲環(huán)境下的空間信號檢測問題。然后研究了存在循環(huán)頻率誤差時的穩(wěn)健的循環(huán)平穩(wěn)信號的穩(wěn)健的定位和波束形成問題。同時論文針對陣列參數(shù)估計在OFDM系統(tǒng)的頻偏估計中的應(yīng)用展開討論，提出了一些有效的、易于工程實現(xiàn)的載波頻偏估計和載波頻率同步方法。研究內(nèi)容安排如下： 1.提出了空間相關(guān)色噪聲下的信號源數(shù)目估計

2、方法。色噪聲引起協(xié)方差矩陣的噪聲特征值的擴散，從而使得傳統(tǒng)的信號檢測方法失效，為了克服噪聲特征值擴散的影響，我們采用對角加載抑制噪聲特征值擴散，提高了檢測性能，分析了對角加載對檢測性能的影響；另外，通過大量的計算機仿真和實測數(shù)據(jù)分析注意到，噪聲的空間相關(guān)性只是對噪聲特征值的擴散影響加大，對信號特征值幾乎沒有多大影響，為此論文提出了一種基于線性插值的穩(wěn)健的信號數(shù)目判定方法。通過構(gòu)造一個新穎的尋優(yōu)目標函數(shù)，避免了傳統(tǒng)檢測方法中對數(shù)似然函數(shù)的

3、使用，在一定程度上提高了色噪聲下的信號檢測性能；然后提出了一種基于輔助變量和蓋爾園方法的信號數(shù)目估計方法。利用信號和噪聲的時間相關(guān)特性，構(gòu)造輔助變量減輕甚至消除空間相關(guān)噪聲的影響，利用酉變換構(gòu)造信號子空間和噪聲子空間，通過分析它們之間正交性的漸近性能得到了一種實用的源數(shù)目判定方法。三種方法的有效性均通過大量的計算機仿真和實測數(shù)據(jù)驗證，具有一定的理論意義和實用價值。 2.論文研究了存在循環(huán)頻率失配時的穩(wěn)健的波達方向估計和波束形成問

4、題。由于基于循環(huán)平穩(wěn)的陣列處理方法利用了不同信號的循環(huán)頻率不同這一時域特征，將多個信號在循環(huán)頻率域進行分離。但是該方法必須要求期望信號的循環(huán)頻率精確已知，由于信號存在未知的多普勒和載波頻偏等原因使得假定的循環(huán)頻率和實際循環(huán)頻率存在一定的差異。通過分析循環(huán)頻率誤差對基于信號循環(huán)平穩(wěn)的定位方法的性能影響，提出了時域加窗法和二階循環(huán)統(tǒng)計量平均法增強定位性能對循環(huán)頻率誤差的穩(wěn)健性；仍然針對存在循環(huán)頻率誤差這一實際情況，提出了一種穩(wěn)健的盲波束形成

5、方法。利用假定的循環(huán)頻率粗略的估計出信號的導向矢量，然后結(jié)合將估計的該導向矢量向帶有約束的導向矢量子空間投影，得到較為精確的導向矢量估計，最后進行Capon波束形成。該方法的的結(jié)果具有對角加載的形式，但是其最優(yōu)加載量可以精確求出，避免了傳統(tǒng)對角加載方法最優(yōu)加載量的難以確定問題。 3.論文討論了DOA估計在OFDM系統(tǒng)的載波頻偏估計問題中的應(yīng)用。OFDM系統(tǒng)的載波頻偏可以表示為分數(shù)倍頻偏和整數(shù)倍頻偏，分數(shù)倍頻偏破壞了子載波之間的正

6、交性從而引起載波間干擾，而整數(shù)倍頻偏不會引起載波間干擾，但是會引起FFT解調(diào)數(shù)據(jù)在不同子載波上的循環(huán)移位。只使用一個訓練符號，提出了一種基于最大似然原理的整數(shù)倍頻偏估計方法，分析了估計器的均值和方差以及理論性能，分數(shù)倍頻偏估計結(jié)果同現(xiàn)有方法一樣，但是整數(shù)倍頻偏估計結(jié)果明顯優(yōu)于已有方法，而且可以達到理論性能下限。該方法不增加系統(tǒng)代價和計算復雜度便可以獲得較為優(yōu)越的性能，具有一定的實際意義。 4.提出了兩種OFDM系統(tǒng)的盲頻率同步或

7、跟蹤方法方法。使用載波間干擾自抵消方案，利用該系統(tǒng)在子載波間引入的信息冗余，分別提出了基于確定性最大似然和隨機性最大似然的頻率同步環(huán)路。分析了采用載波間干擾自抵消方案的頻率同步可處理的頻偏范圍、均值、方差以及克拉美－羅下界。討論了基于接收機分集的頻率同步問題，當系統(tǒng)存在虛擬子載波時，不論采用單個接收機還是分集接收均可以利用虛擬子載波構(gòu)造噪聲子空間利用MUSIC法估計頻偏，如果不存在虛擬子載波時，接收機分集可以保證頻偏的可辨識性。我們推導