基于Cramér-Rao下限的多传感器跟踪资源协同分配

针对防空指挥控制系统中多传感器管理问题,提出了一种基于目标跟踪精度Cramér-Rao下限的多传感器跟踪资源协同分配方法。该方法首先利用目标战术重要性函数求解目标优先级;然后在目标优先级函数和目标—传感器配对效能函数的基础上,构造了多传感器资源协同分配一般模型,并根据目标跟踪过程特点将Cramér-Rao下限引入到协同分配的模型中,使得在进行跟踪资源协同分配时无需考虑目标跟踪滤波算法的选择。对于分配过程中出现的NP(Non-deterministic polynomial)难问题,探讨了利用匈牙利算法寻求满足条件的目标传感器最优组合,给出了模型求解的步骤。仿真结果表明,这种多传感器跟踪资源协同分配方法的可行性与模型求解的快速性。

3D非扫描成像激光雷达距离精度的Cramer-Rao下限

利用参数估计的方法进行了3D非扫描成像激光雷达距离精度的研究,根据数理统计的理论,分析了距离估计方差的Cramer-Rao下限(CRLB),推导出了3D非扫描成像激光雷达距离估计方差的CRLB计算公式.利用Monte Carlo仿真结果证明了推导的距离估计方差的CRLB具有有效性.通过推导的距离估计方差的CRLB,对3D非扫描成像激光雷达的距离精度影响因素进行了分析,结果表明,减小脉宽、增加脉冲强度、提高采样速率、降低系统噪声、增加探测器量子效率都可以有效提高目标距离精度.

基于目标定位精度Cramér-Rao下限的多传感器空间布站研究

针对多传感器管理中的多传感器空间布站对目标定位精度的影响,提出了一种基于目标定位精度Cramér-Rao下限的多传感器空间优化布站方法;该方法首先分析了多个距离角度量测传感器对目标联合定位精度的Cramér-Rao下限,然后利用目标定位精度几何稀释与多传感器联合定位Cramér-Rao下限矩阵迹之间的关系,研究了多传感器不同空间布站形式对目标定位精度的影响,推导出了传感器个数为2和3时相应的定位精度几何稀释计算公式;最后利用仿真结果验证了方法的正确性与可行性。

一种参考源修正的短波辐射源时差定位方法

为解决短波辐射源到达时间差(time difference of arrival,TDOA)定位(简称时差定位)方法受电离层影响导致的定位精度下降的问题,提出了一种利用参考源修正的短波辐射源目标时差定位方法。针对地球表面短波辐射源,基于电离层球面反射模型的电离层反射虚高近似方法,建立了利用参考修正的短波目标时差定位模型。考虑参考源与目标共用电离层反射区域对电离层虚高的影响,将各电离层反射点的距离相关性引入电离层虚高的协方差矩阵中,实现了目标定位精度的修正。通过推导和仿真所提模型的克拉美·罗下界,分析了参考源修正目标定位精度的可行性。进一步给出基于Armijo直线搜索Newton法的最大似然估计方法,通过仿真数据验证了所提算法的有效性,实现了良好的定位效果。

低信噪比场景下Link-16系统的联合频偏估计算法

对于Link-16数据链终端平台在低信噪比(SNR)高动态场景下的多普勒频率偏移问题,该文设计一种新的数据结构,推导了该结构下的克拉默-拉奥下界(CRLB),并在此基础上提出一种联合频域变换与时域自相关运算的分步式频偏估计算法。其基本思想是,首先对接收信号做自相关处理,然后通过频域变换进行最大值索引,结合修正因子得到多普勒频移的粗估计值,再利用时域的改进L&R算法对接收信号进行细估计,根据两步估计算法得到最终的频偏估计值。算法应用蒙特卡罗实验仿真,仿真结果表明,与传统频偏估计算法相比,该算法的归一化均方误差更接近CRLB,在多普勒频偏为[–20 kHz,20 kHz]时,估计精度可达10^(–5)。在低信噪比环境下,所提算法能达到较为理想的估计效果,适用于Link-16数据链通信。

均匀圆阵二维波达角估计的Cramer-Rao界

均匀圆阵(UCA)是一种应用广泛的具有二位波达角估计能力的平面阵列。为了从理论上分析不同阵列参数下到达波方位角(AOA)、仰角估计精度,推导了均匀圆阵二维波达角估计的性能界,以此为基础分析了阵列孔径、阵元个数、快拍数以及来波仰角高低与到达角估计精度的关系,并通过对UCA-MUSIC算法计算机仿真验证了推导结果的正确性。研究结果为波达角估计类算法提供了可供参考的性能下界,圆阵设计时也不再需要大量的Monte Carlo仿真试验确定阵列参数,可直接从估计精度表达式中获得。

一种低截获背景下的集中式MIMO雷达快速功率分配算法

针对集中式MIMO雷达同时跟踪多批机动目标场景,该文提出一种低截获背景下的快速功率分配算法。首先,将目标机动过程建模为自适应当前统计(ACS)模型,并采用粒子滤波对各目标状态进行估计。其次,对条件克拉默-拉奥下界(PC-CRLB)进行推导,并基于目标运动特性和电磁特性构建目标综合威胁度评估模型。随后,将目标跟踪误差评估指数和雷达未被截获概率的加权和作为优化目标,建立了关于发射功率的优化模型,利用目标函数单调递减性质,提出了一种基于序列松弛的求解算法进行模型求解。最后,通过仿真验证所提算法的有效性和时效性。结果表明,所提算法能够有效提高目标跟踪精度和雷达系统低截获性能,相比采用内点法求解运算速度提高近50%。

基于Haar小波变换的信号到达时间估计

研究了在信号频率、初相、幅度未知条件下,矩形包络复正弦信号的到达时间估计算法。先利用相关检测算法,对信号的起止时间进行粗估计。在检测到信号的条件下,估计出信号频率并将其变换至基带,在一定尺度下对基带信号作Haar小波变换,检测出小波变换模值的峰点位置作为到达时间精估计。给出了小波尺度选取的原则,并推导了到达时间估计的克拉美罗限(CRLB)。计算机仿真表明,信噪比达6 dB时,到达时间估计的均方根误差小于0.8倍的采样间隔,实现了对信号到达时间的精估计。

一种小型无人机无源目标定位方法及精度分析

为了提高小型无人机无源目标定位的精度,设计了一种新的目标定位算法。首先确定目标定位过程中的坐标转换关系并推导出视轴角的计算模型;然后,利用光电侦察平台锁定跟踪目标的特性,提出了对同一目标点多次测量的目标定位框架,建立了系统状态方程和测量方程,考虑到测量方程的非线性,将无迹卡尔曼滤波应用于目标位置估计;最后,针对加性高斯白噪声的非线性目标定位系统,推导出理论上的定位误差的克拉美-罗下限。仿真结果表明,该算法具有较高的目标定位精度,滤波器估计误差均方差已逼近非线性系统的克拉美-罗下限。现场试验结果表明,在离地面约1000 m的空中,无人机对地面目标定位精度可达8.1 m。该算法易于部署,可操作性强,具有较大的实用价值。

无线信道中OFDM系统时频同步新算法

OFDM系统中频偏和定时误差的存在,对系统性能有很大的影响。本文根据设计的特殊导颁符号,通过伪随机序列的自相关特性得到定时误差;然后通过导频符号之间的相关性,估计出频率偏离。为了提高估计器的精度,采用了过采样技术。同时可以证明该算法能有效地对抗无线信道中的码间干扰。仿真结果表明,该算法能获得很好的性能,逼近改进的Cramer-Rao下界。

无线传感器网络定位求精方法

为了提高传感器节点定位精度,将多种节点坐标计算方案(如极大似然估计、基于泰勒展开的最小二乘法和加权最小二乘法等)应用于定位求精中,并分析和比较了它们的性能。为了解决实际定位过程中锚节点存在的自身位置偏差,设计了相应的坐标求精方法,如总体最小二乘法和约束总体最小二乘法,在此基础上针对无线传感器网络定位误差的特点推广了定位误差的估计下限(参数无偏估计的 Cramer-Rao下限)。仿真实验结果给出了不同求精方案各自的求精性能和适用场合。在锚节点无位置误差的情况下,在泰勒展开基础上形成的加权最小二乘法更有利于精度提高;在锚节点有位置误差的情况下,约束总体最小二乘法对提高定位精度更有效。

基于线性调频Z变换的高性能频率估计

针对短时平稳序列,设计了一种更有效的基于线性调频Z变换(CZT)的改进Rife频率估计器.该估计器借助关于待估频率的先验知识,首先利用正弦采样序列的CZT谱峰左右谱线的对称性情况确定出真实频率的大致位置,然后类似Rife法作出精确频率估计并分析了其性能.蒙特卡罗模拟实验表明相比基于快速傅里叶变换(FFT)的Rife法,该算法具有更高的抗噪性,全频率范围内估计精度更高、估计均方根差十分接近理论克拉美罗下限(CRLB),抵抗相邻近谱分量的干扰能力更强,且可在更短的数据时长条件下进行高性能频率估计,非常适合于平稳性差、性能要求高的各种多分量参数估计场合.

扩展自相关的正弦信号频率估计算法

本文针对混有高斯白噪声的正弦信号,提出了扩展自相关的频率估计算法。论文通过理论分析,充分挖掘自相关函数包含的频率信息,推导出新的扩展自相关函数;同时,在Yan算法的基础上对频率估计式加以改进。仿真结果表明,与现有频率估计算法相比,在信号序列较短或信噪比较低时,本文算法的估计方差更接近克拉美罗下界(CRLB);与Yan算法相比,在序列较大或信噪比较高时,在相同估计方差下,本文算法的计算量更小。

基于自相关函数相位的正弦信号频率估计新算法

针对加性高斯白噪声的正弦信号,提出了基于自相关函数相位的频率估计新算法。首先,推导了一种新的自相关函数相位的频率估计式,然后,针对频率估计范围与频率估计精度之间的矛盾问题,提出了一种消除相位模糊的方法。算法分析与仿真结果表明,在信噪比高于6 dB时,估计方差接近克拉美罗下界(CRLB),与TSA算法相比,在估计性能相同条件下,具有更低的计算量,便于工程实现。

基于插值的多普勒频偏和频率斜升联合估计算法

为解决卫星移动通信系统中突发传输在低信噪比条件下的载波快速同步问题,该文提出一种基于插值的频偏和频率斜升联合估计算法。先通过对多普勒斜升搜索结合低复杂度频偏估计获得频偏和频率斜升的粗估计结果,再以频率斜升粗估计结果为中心、计算3个频率斜升值所对应的对数似然函数并据此对频率斜升进行二次插值以获得频率斜升估计值,最后在该估计值下计算出对应的频偏估计值,完成频偏和频率斜升的联合估计。仿真结果表明,该文算法的信噪比门限较低,估计性能接近克拉美罗下界(CRLB),而且计算复杂度远低于最大似然估计算法,非常适于实际应用。

三种实时误差配准算法性能分析与比较

对雷达组网中现有的三种实时误差配准算法即扩维扩展卡尔曼滤波算法(Augmented State Extended KalmanFilter)、解耦卡尔曼滤波算法(decoupled Kalman Filter)和准确算法(Exact method)进行了介绍与分析,并通过蒙特卡罗仿真试验从算法估计的均方根误差、估计的一致性检验和算法耗时等方面对算法进行了性能比较。根据仿真的结果并结合分析对算法做出评价,从而为实际系统选用合适的估计算法提供了有益指导。

基于相关累加的正弦波频率估计算法

提出了一种新的正弦波频率估计算法。首先用FFT对信号频率进行粗略估计,再对原始信号进行相关累加后提取相位信息,估计出频偏,经过频偏校正得到频率的精确估计。在整个频段内该算法与Rife算法性能互补,因此本文又提出了两者相结合的综合Synthetic correcting rife(SCR)算法。该综合算法计算量略大于FFT,小于修正Rife算法。仿真结果表明,该算法估计性能接近修正Rife算法,将该算法的结果作为牛顿迭代的初始值,进行一次迭代后性能逼近CRLB。

存在基站误差的稳健时差定位算法

针对存在基站误差的目标无源定位问题,提出了一种基于修正牛顿算法的时差定位技术。众所周知,牛顿法对初值要求较高,较差初值会导致迭代发散,而且基站位置误差也会导致牛顿算法Hessian矩阵维数扩大和目标函数的缓慢下降,使运算量变大。该算法利用最大似然方法确定目标函数,运用牛顿法对目标位置进行迭代求解,对于计算过程中可能出现的病态Hessian矩阵,引入正则化理论修正病态的Hessian矩阵,使保证迭代收敛,同时简化算法降低Hessian矩阵的维数并且加速目标函数的下降趋势,使目标位置解脱离局部最小值,算法能够稳健高效的运行。实验结果表明:相对于传统牛顿法,此算法在初始值的选取上具有稳健性,对误差选取较大的初始值,仍能够保证算法的收敛性,同时加速了收敛速度,降低了计算量;相对于现有闭合式定位方法,此算法在噪声较大时具有较好的定位精度。

基于PCRLB的低轨星座对自由段多目标的多传感器调度算法

研究了低轨星座跟踪自由段目标背景下的多目标多传感器调度问题。论述了自由段目标运动模型和星载红外传感器测量模型。考虑到目标出现的时空不确定性,面向系统的跟踪性能,建立了基于突发事件和滚动周期的调度框架以及调度与跟踪的闭环结构。基于此,建立了调度的具体算法。特别地,以调度周期内系统的信息增量最大化为目标,详细设计了基于PCRLB的调度策略性能指标。仿真验证了算法的可行性、优越性以及在动态环境中的适应性。

一种低复杂度线性调频信号参数估计算法

为降低线性调频(LFM)信号参数估计的复杂度,该文提出一种二次估计算法。首先通过短时相干积分与非相干累加对频率斜升和起始频率进行预估计;然后以预估计结果为中心,利用多路并行部分匹配滤波快速傅里叶变换(PMF-FFT)和二次插值对参数进行精确估计;最后综合预估计和精确估计结果得到参数的最终估计值。仿真结果表明,该算法信噪比门限较低,估计精度接近克拉美罗下界,其计算复杂度和资源消耗均远低于频率斜升试探算法和插值联合估计算法。