基于一致聚焦的宽带信号波达方向估计

MTLS聚焦需要预估计波达方向,预估计偏差会影响聚焦效果,严重时会导致CSM算法失效。基于AMI思想构造了CMTLS一致聚焦变换,该聚焦变换无需预估计波达方向,提高了聚焦性能的同时,增强了算法的实时性。

基于主分量分析的宽带DOA估计自聚焦算法

提出了一种基于主分量分析(PCA)的CSM类宽带DOA估计自聚焦算法,利用子空间投影变换将信号分离后应用PCA算法快速估计信号DOA,通过不断更新聚焦方向实现自聚焦。与已有算法相比,该算法不受DOA初始值的影响,有更好的聚焦精度。聚焦矩阵更新过程中无需再做奇异值分解,用PCA迭代算法替代特征分解过程,计算量小。仿真实验结果表明,该算法以较小的计算代价实现了较好的估计精度。

基于改进MUSIC算法的宽带DOA估计

经典MUSIC算法的统计特性主要建立在阵元数固定且快拍数趋于无穷的情况下,在有限样本中,当快拍数无法满足远大于阵元数的条件时,DOA估计会产生偏差.对于宽带信号的DOA估计,利用相干信号子空间(Coherent Signal-subspace Method,CMS)方法,构造聚焦矩阵使不同频率的信号子空间映射到同一参考频率上,用聚焦后的频域窄带模型进行DOA估计,并针对在实际应用中,阵列的阵元数较大且快拍数受限时经典MUSIC算法估计精度不高的情况,利用改进后的MUSIC算法-Spike-MUSIC算法,提高DOA估计精度.在不同信噪比下,分别对DOA估计的误差进行了MonteCarlo仿真实验,仿真结果表明,相对于普通的CSM方法,基于Spike-MUSIC算法改进的CSM方法在宽带DOA估计中具有更高的精度.

常用宽带DOA估计聚焦算法的性能分析

建立了宽带阵列信号处理的模型,在此基础上,主要分析了宽带高分辨方位估计在不同聚焦矩阵下的几种相干信号子空间算法(CS)。进行了计算机仿真实验,在理论上分析和比较了各种方法的性能,并与克拉美—罗界(CRB)进行了比较。验证了宽带波达方向(DOA)估计算法的有效性。仿真结果表明:CSM算法的均方误差随着信噪比的增高而降低,特别是双边相干子空间方法(TCT),高信噪比条件下接近CRB。

一种新的宽带DOA估计自聚焦算法

具有较高精度的宽带信号波达方向(DOA)快速估计算法是其实用化所要解决的重要问题。提出了一种新的相干子空间(CSM)类宽带DOA估计自聚焦算法。算法利用子空间投影变换将信号分离后分别处理,通过不断更新聚焦方向实现自聚焦。与已有算法相比,不受DOA初始值的影响,有更小的聚焦误差;不同目标在聚焦矩阵更新过程中无需再做奇异值分解,有较低的实时计算量。仿真实验表明,算法以较小的计算代价实现了近乎最优的聚焦性能,有较高的DOA估计精度。

基于调频Z变换的均匀线阵波达方向估计

提出了一种基于调频Z变换(CZT)的宽带波达方向估计算法.由均匀线阵的理想聚焦条件,提出了其聚焦矩阵的波矢量域求解原理及计算方法:首先从聚焦频率处的聚焦矩阵中依次选取一行向量,用CZT分别计算其它子带内,各聚焦矩阵中相应位置的行向量的波矢量谱,再由傅立叶反变换得到相应的行向量.该方法可选择信号频带范围内的任意值作为聚焦频率,不需要方位预估,且能获得较好的渐进无偏估计性能.计算机仿真和水池试验结果验证了理论分析的正确性.

一种新的宽带DOA估计方法

总结了宽带信号子空间类DOA估计方法,提出了一种新的构造聚焦矩阵的方法,新方法基于预估角度和宽带信号带宽内各个频点上对应的阵列流形的奇异值分解,所构造的聚焦矩阵为酉矩阵,在聚焦过程中没有聚集损失。比较了新方法与旋转信号子空间方法(RSS)在分辨两个相邻较近信号源时的性能,新方法与RSS方法性能相当。仿真结果证明了算法的有效性。

基于盖氏圆方法的宽带信源数目估计

针对低信噪比和小快拍数情况下宽带信号源数目较难精确估计的问题,提出了一种基于盖氏圆方法的宽带信号源数目估计算法(GDECSM)。盖氏圆方法通过利用盖氏半径对矩阵特征值范围的限定关系,能有效区分信号子空间与噪声子空间,在宽带信号源数目估计中能够产生良好的检测效果。仿真实验表明,与基于AIC准则的宽带信源数目估计算法(AICCSM)相比,GDECSM算法在低信噪比和小快拍数时都具有更高的检测概率,运算复杂度也有所降低。

传播算子方法在宽带DOA估计中的应用

将传播算子与宽带相干信号子空间方法相结合,推导了基于传播算子的宽带相干信号子空间方法,该方法所构造的聚焦矩阵不需要奇异值分解,在获取噪声子空间时不需要特征值分解,因而大大降低了运算量。比较了双边变换(TCT)方法与所推导的方法在分辨两个相邻较近信号源时的性能,仿真表明,在高信噪比时,该方法性能与TCT方法相近。

宽带相干信号子空间算法在DSP上的快速实现

对宽带相干信号子空间算法(CSM)的基本原理作了简单介绍,对CSM算法的并行分解进行了深入研究,将算法最耗时的聚焦变换、特征分解和谱峰搜索分解为可以同时处理的各个部分,并在4片TI公司的高速DSP芯片(TMS320C40)上并行实现,最后给出了CSM算法并行处理的硬件实现框图。并行处理的优点是能大大提高算法的运算速度,从而满足算法的实时性要求。

一种基于Bessel函数的宽带DOA估计方法

提出了一种基于Bessel函数的宽带相干信号子空间DOA（Direction-of-Arrival）估计方法，新方法不需要角度预估，避免了角度预估误差对DOA估计结果的影响。仿真结果证明了方法的有效性。

宽带相干信源波达方向估计(DOA)的新算法

辅助方向向量增加(ADVA)聚焦算法是非归一化的,存在聚焦损失。双边相关变换(TCT)聚焦算法是归一化的,不存在聚焦损失,但需要对目标的方位进行预估计。这不仅会使运算复杂,而且得到的聚焦矩阵也只是在预估角度上有最小范数解,在其他方向上则会产生偏离,因此不是稳健的。提出了一种在归一化的条件下,不需要方位预估计的、稳健的聚焦矩阵算法,算法的思想是将整个感兴趣的空间分成组,对每一组在归一化约束的条件下利用奇异值分解法求解最小化问题。通过仿真验证了该算法的有效性。

脉冲噪声下相干宽带信源的求根ISM算法

非相干信号子空间方法(Incoherent Signal Subspace Method,ISM)无法处理相干宽带信源且运算量较大,在脉冲噪声下,由于二阶相关矩阵无法收敛,基于ISM算法的波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计也将失去韧性,为此对ISM算法进行了改进。首先将等间距线阵输出矩阵在频域进行分解,根据各频率分量对应的归一化功率设置门限值,对大于门限的频率分量构建分数低阶相关矩阵(Fractional Low Order Covariance,FLOC),并进行修正以解相干。再对修正后的各低阶矩进行特征值分解并提取噪声特征矩阵,列多项式求根。最后取算术平均,可得相干宽带信源的DOA估计。通过计算机仿真,改进的ISM算法在脉冲噪声下可处理相干宽带信源的DOA估计,且稳健性较好。

一种新的聚焦类宽带DOA估计算法

基于导向矢量矩阵的初等变换,给出了一种新的聚焦类宽带源波达方向(DOA)估计算法。新算法构造聚焦矩阵时不需要矩阵分解运算,从而使聚焦过程运算量更小。在理想条件下,新方法构造的聚焦矩阵可以在各个频率点实现完美聚焦。分析表明,新算法运算量要小于其它聚焦类宽带DOA估计算法。计算机仿真验证了该算法的有效性。