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彭应宁-波达方向估计算法及应用新进展

彭应宁-波达方向估计算法及应用新进展null波达方向(DOA)估计算法及其应用新进展波达方向(DOA)估计算法及其应用新进展高速信号处理和网络传输研究所彭应宁教授电子学与通信学科前沿课阵列信号处理之一目录目录§1. 引言 §2. 常规DOA估计法 §3. MUSIC DOA估计法 §4. 空间平滑MUSIC方法 4-1. 单向空间平滑MUSIC方法 4-2. 双向空间平滑MUSIC方法 §5. 分布式信源DOA估计方法 §6. DOA估计的应用 6-1. 移动通信中的智能天线系统 6-2....

null波达方向(DOA)估计算法及其应用新进展波达方向(DOA)估计算法及其应用新进展高速信号处理和网络传输研究所彭应宁教授电子学与通信学科前沿课阵列信号处理之一目录目录§1. 引言 §2. 常规DOA估计法 §3. MUSIC DOA估计法 §4. 空间平滑MUSIC方法 4-1. 单向空间平滑MUSIC方法 4-2. 双向空间平滑MUSIC方法 §5. 分布式信源DOA估计方法 §6. DOA估计的应用 6-1. 移动通信中的智能天线系统 6-2. 蜂窝通信中手机用户自动定位 6-3. 无源定位 §7. 波达方向估计技术的前沿课题 §1、引言 §1、引言波达方向估计 多天线阵列信号处理  （多传感器）估计信源到达方向（DOA）分类：常规 — 波束形成法现代 — 超分辨：突破瑞利限 MUSIC,ESPRIT,SVD,WSF等 §1、引言 §1、引言应用：雷达无源定位，反多径效应声纳阵列测向电子或通信干扰侦察地震和地质资源探测移动通信医学领域实际系统 §1、引言 — DOA的分类 §1、引言 — DOA的分类一、基于幅度的DOA方法：适用于长持续信号图b)为最小信号测向法：距离近，精度高 §1、引言 — DOA的分类 §1、引言 — DOA的分类二、基于相位的DOA方法：适用于短持续信号 —— 天线阵列（至少二个），信源到达相位差测向三、超分辨DOA方法： MUSIC, SVD, WSF等§2、常规DOA估计法 ——波束形成法§2、常规DOA估计法 ——波束形成法§2-1、天线（传感器）阵列结构和模型§2、常规DOA估计法 ——波束形成法§2、常规DOA估计法 ——波束形成法§2-1、天线（传感器）阵列结构和模型天线阵：线阵，圆阵，任意阵通道：放大，相检，A/D变换。处理：数字信号处理单元null§2-1（续）§2、常规DOA估计法 ——波束形成法§2、常规DOA估计法 ——波束形成法信源为远场、窄带信号。信源个数d小于阵源数m, d 表达null§2-2（续）线阵：阵元全向。null§2-2（续）相位差：加权和：null§2-2（续）§3、MUSIC算法 —— 超分辨§3、MUSIC算法 —— 超分辨 Multiple Signal Classification. —— R.O.Schmidt提出§3、MUSIC算法 —— 超分辨§3、MUSIC算法 —— 超分辨§3-1、数学模型阵元i接收到第n个信源的输出：null§3-1（续）null§3-1（续）§3、MUSIC算法 —— 超分辨§3、MUSIC算法 —— 超分辨§3-2、MUSIC算法null§3-2（续）null§3-2（续）*null§3-2（续）null§3-2（续）归结：§3、MUSIC算法 —— 超分辨§3、MUSIC算法 —— 超分辨Evans, J; T.j.Shan; Kailath等提出，改进目的：通过平滑 => 恢复Rs满秩性。§3-3、平滑MUSIC方法null§3-3（续）null§3-3（续）null§3-3（续）求均值：第K个子阵输出为：null§3-3（续）*§4-1 单向空间平滑MUSIC方法§4-1 单向空间平滑MUSIC方法§4-2 双向空间平滑MUSIC方法§4-2 双向空间平滑MUSIC方法null§4（续）图2.3 在不同相关程度下MUSIC的估计性能 (a)null§4（续）图2.3 在不同相关程度下MUSIC的估计性能 (b)null§4（续）图2.3 在不同相关程度下MUSIC的估计性能 (c)null§4（续）图2.4 相同孔径下,MUSIC、单向平滑、双向平滑的分辨性能null§4（续）图2.5 MUSIC、单向平滑、双向平滑方法对强相关信源的估计性能null§4（续）图2.5 MUSIC、单向平滑、双向平滑方法对强相关信源的估计性能null形成机理蜂窝通信中多径条件下的局部散射信号雷达低角跟踪时目标反射回波通过地面的漫反射对流层或电离层无线电传播中的散射信号当目标是一群满足一定统计分布的散射体的集合时§5 分布式信源DOA§5-1、点源分布式信源null§5-1（续）移动通信中由多径产生的分布式信号源中心方向0，分布参数 2null点源: 分布源: 是第i个分布式目标的方向矢量是第i个分布源的角信号分布函数§5 分布式信源DOA§5-2、数学表示null可得多维参数MUSIC空间谱当时，为二维搜索§5-2（续）null 分类已知分布模型:均匀,高斯,三角,柯希等未知分布模型:限定共轭对称,单峰共轭对称通常用二维参数分布式目标中心DOA估计(位置) 目标分布参数(角分布展开宽窄程度)估计§5 分布式信源DOA§5-3、估计方法null二维(或多维)参数谱峰搜索一维DOA搜索极小最小特征值一维DOA搜索法共轭对称，均匀，三角，高斯等基于噪声子空间极大最大特征值一维DOA搜索法基于信号子空间大量前沿课题任意分布,未知分布,预估计,不需搜索等§5-3（续）2个分布式目标二维参数MUSIC空间谱估计(1) 2个分布式目标二维参数MUSIC空间谱估计(1) §5-3（续）角分布函数为均匀分布 2个分布式目标二维参数MUSIC空间谱估计(2) 2个分布式目标二维参数MUSIC空间谱估计(2) §5-3（续）角分布函数为三角分布 2个分布式目标二维参数MUSIC空间谱估计(3) 2个分布式目标二维参数MUSIC空间谱估计(3) §5-3（续）角分布函数为高斯分布 2个分布式目标二维参数MUSIC空间谱估计(4) 2个分布式目标二维参数MUSIC空间谱估计(4) §5-3（续）角分布函数为指数分布 null§6 应用§6-1、用于移动通信中的智能天线系统8-12个天线阵元 RF: 900MHz, 1800MHzIF: 70MHzDR: 8Mhz A/D: 12位，20MHzDBF:精分方向，取权值，形成波束null目的：扩容：空分多址SDMA 抗干扰：抗同通道和邻近通道干扰同频、同码、同时隙的不同方向通道干扰抑制增加作用距离：相同基站功率，R，手机（移动台）功率，干扰 §6-1（续） null§6-1（续） null§6-1（续）抗邻近通道干扰示意图波束指向手机2,手机1和3处形成零点null美国FCC E-911计划目的：应急服务情景服务交通调度重点目标监控盗打电话者定位方法：阵列DOA估计＋交叉定位适用：第三代移动通信§6 应用§6-2、蜂窝通信中手机用户自动定位null§6-2（续）多径效应解决思路:分布式信源中心DOA估计法null§6-2（续）非直达波解决思路: • 匹配场建模法 • 多站信息补助null§6 应用§6-3、无源定位系统§7、DOA估计技术的前沿§7、DOA估计技术的前沿经DFT多个频域窄带信源 多个窄带信号方位的平均阵列结构对宽带信源的稳健性研究直接建立宽带信源的阵列数学模型频率 — 方向的二维估计 — 宽频段内分布的多个窄带辐射源§7-1、宽带信源空间技术§7-2、阵源和通道不一致对DOA估计的影响及校正§7-2、阵源和通道不一致对DOA估计的影响及校正天线元和通道的幅、相误差及其校正研究对误差稳健的优化算法，§7（续） §7-3、阵元互耦效应的影响及其校正互耦效应的数学模型及影响分析。互耦效应的校正方法的研究null§7（续） §7-4、信源数目的快速估计方法研究信源估计是DOA的前提有效方法的研究仍是热点§7-5、近场DOA估计§7-6、循环平稳性和高阶累积量的应用

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