基于斜投影算子的远近场混合窄带信号的个数与二维波达方向估计

In the military and civilian fields, accurate, multi-purpose, anti-jamming and adaptive number detection and two-dimensional direction-of-arrival (DOA) (elevation angle and azimuth angle) estimation methods are very important. Combining with practical engineering application needs and utilizing the advantages of two parallel uniform linear arrays, this project investigates the number detection and two-dimensional DOA estimation of mixed far-field and near-filed narrowband signals. Based on the proposed enumeration method OPEMS and 2-D DOA estimation method OPADE for mixed signals, we study high accurate and computational simplicity number detection method, 2-D DOA estimation method and adaptive 2-D DOA estimation method for mixed far-field and near-field narrowband signals. By analysis the statistical performance of proposed methods, we can obtain the asymptotic mean square error and quantitatively analysis the theoretical lower limit value of 2-D DOA estimation. Therefore, it can provide the theory evidence for establishing performance criteria of target detection. This project and the expected results will provide a new solution for target location and tracking in the application filed of radar and sonar.

在军事和民用领域中迫切需要高精度、多目标、抗干扰和自适应的空间信号个数以及二维波达方向（即俯仰角和方位角）估计。本项目结合实际工程应用需求，利用双平行均匀线阵在几何配置和实现等方面的优势，重点开展远场和近场目标共存情况下的信号个数检测和二维波达方向估计关键技术研究。以申请人提出的基于斜投影的混合信号个数估计法OPEMS和二维波达方向估计法OPADE等成果为基础，研究计算复杂度低、估计精度高的混合远场与近场窄带信号个数估计方法、二维波达方向估计方法以及二维波达方向自适应估计方法。通过对所提出算法的统计性能进行严密地理论分析，推导波达方向估计值的渐近均方误差表达式，定量分析远近场窄带信号二维波达方向估计精度的下限值，为目标探测总体性能指标确立提供理论依据。本研究及其预期成果将为雷达和声纳等领域中的目标实时定位和跟踪等提供一个新的技术手段。

阵列信号处理是现代信号处理的一个重要分支，其应用涉及到雷达、通信、声纳以及射电天文等多个领域。信号个数检测与波达方向估计是传感器阵列信号处理两个重要的研究内容，其中个数检测是波达方向估计的前提，其估计准确度严重影响信号波达方向估计的精度。.作为阵列信号处理领域中广泛关注的研究热点，目前信号个数和波达方向估计方面仍然存在不少问题有待研究解决。现有的绝大部分方法针对的是远场入射信号，即假设信号源到传感器阵列的距离远远大于阵列的孔径，入射到传感器阵列的信号波前为平面波，信源位置由波达方向DOA确定，而在实际应用中，传感器阵列接收的入射信号往往不是单纯的远场信号，而是由远场和近场入射信号组成的混合信号源，比如海军驱逐舰上搭载的拖曳式声纳接收的入射信号就包括潜艇和鱼雷等远场目标信号以及蛙人等近场目标信号，因此远近场混合源的信号个数检测和波达方向估计问题变得非常重要而且异常复杂。因此，本项目将以军事及民用应用领域中迫切需求高精度、多目标、抗干扰和自适应的阵列信号处理技术为背景，重点开展了远场和近场混合信号目标的个数检测和波达方向估计关键技术研究，提出基于斜投影算子的无需特征值分解的远近场混合信号波达方向估计算法、基于信号特征结构的远近场混合信号个数估计等方法。通过三年的努力，顺利地完成了资助项目的计划，并取得了预期的研究成果。发表期刊论文5篇（SCI：2篇），其中国际权威期刊IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN SIGNAL PROCESSING长文（regular paper）1篇，在IEEE国际学术会议上发表论文5篇（EI：5篇），获陕西省科技进步二等奖1项。