【摘 要】
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波达方向角（Direction of Arrival,DOA）估计是现代阵列信号处理领域的重点研究课题之一。传统DOA估计算法基于均匀线性阵列（Uniform Linear Array,ULA）模型,存在阵列估计信源数少于阵元数的缺点,随着该项技术在各领域中的广泛应用,均匀线性阵列模型已不再满足实际需求。稀疏阵列是一种能有效扩展阵列孔径,提供更多自由度的阵列结构,这种结构为实现更多可估计信号源数量
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波达方向角（Direction of Arrival,DOA）估计是现代阵列信号处理领域的重点研究课题之一。传统DOA估计算法基于均匀线性阵列（Uniform Linear Array,ULA）模型,存在阵列估计信源数少于阵元数的缺点,随着该项技术在各领域中的广泛应用,均匀线性阵列模型已不再满足实际需求。稀疏阵列是一种能有效扩展阵列孔径,提供更多自由度的阵列结构,这种结构为实现更多可估计信号源数量,更高精度的DOA估计提供了可能。针对这一现状,本文结合经典的稀疏阵列模型,通过对阵列结构的设计与优化,试图进一步提升稀疏阵列在DOA估计中的性能指标,主要研究内容如下:（1）为了解决三维空间中的DOA估计问题,本文基于孔径合成技术,提出多级扩展二维嵌套阵列模型和相应的DOA估计方法。该阵列模型将二维嵌套阵列应用于移动平台中,对阵列中每行阵元间距按照一定规律进行扩张,并通过相位校正将多个时刻接收到的信号进行合并处理,实现了阵列自由度（Degrees of Freedom,DOFs）的大幅提升。文章系统地分析了阵列模型中阵元间距扩展倍数与接收信号总时刻数之间的关系。（2）通过对互质阵列（Coprime Array,CPA）与嵌套阵列（Nested Array,NA）的阵元分布特点的充分分析,提出了具有互质关系嵌套阵列结构和相应的DOA估计方法。所提出的阵列结构根据四阶累积量的性质,设置了两个阵元间距被扩展的子嵌套阵列。通过对阵列四阶差分虚拟阵（Fourth-order Difference Co-array,FODCA）中阵元分布的具体分析,本文给出了阵列总阵元与阵列所能提供自由度之间的关系。仿真实验验证了所提出两种阵列结构在DOA估计中的有效性,表明所提出的两种阵列模型在DOA估计中与现有的类似阵列结构相比,有效提高了目标的检测精度。
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