多径环境中二维波达方向估计的子空间平滑算法

在双平行线阵的基础上,提出了一种可在多径环境下估计二维波达方向的新算法.算法充分利用了信号在空间和时间上的特性,能估计的来波方向最多可达到(2M-1)(M-1)(M为天线阵元对数),估计过程中不需要角度搜索和参数配对过程,而且能根据不同的用户对相干来波实现分组.仿真试验结果证明了这种方法的有效性.

基于矢量化差分相位的单分布源解耦二维波达方向估计

在分布源(包括相干分布源和非相干分布源)的二维波达方向估计中,均匀圆阵由于可实现全方位测角、具有较高的分辨率,得到了广泛的应用,然而现有的估计算法均需要谱峰搜索和特征值分解,复杂度较高.针对此问题,考虑单个相干分布源或非相干分布源入射两种情况,提出了一种基于矢量化差分相位的解耦二维波达方向快速估计算法.该算法首先基于空间频率近似模型,证明了任意单个分布源入射时,均匀圆阵中不同阵元接收信号间的差分相位均不受角度扩展参数的影响;基于此特性,通过获取差分相位即可实现中心波达角的解耦合;接下来,提取采样协方差矩阵的严格上三角元素相位,即对应于各阵元间的差分相位,并进行矢量化处理,最终将波达方向估计问题转化为一个最小二乘问题,从而直接得到闭式解,避免了谱峰搜索和特征值分解运算,大幅度降低了复杂度.理论分析和仿真实验表明,所提算法具有较高的估计精度,并且无需角信号分布的先验信息,同时具备较低的计算复杂度和硬件复杂度,有利于复杂环境下阵列测向等工程实践.

多径循环平稳信号二维波达方向估计——极化域平滑法

针对相干循环平稳信号,该文提出一种估计二维波达方向的新方法——极化域平滑法。该算法充分利用信号的循环平稳特性以及极化多样性,在不影响阵列孔径的情况下,进一步增大可估计的相干信源数目,且具有信号选择和噪声抑制能力。估计过程中各参数自动配对。仿真结果验证该文方法的有效性。

适用于二维阵列的无格稀疏波达方向估计算法

针对现有的适用于2维阵列的无格稀疏波达方向(DOA)估计方法性能不足的问题,该文提出一种新的方法。对2维阵列,从原子L0范数出发,证明其值等于一个以矩阵秩为目标函数的半定规划(SDP)问题的最优解。对该矩阵使用第1类有限阶贝塞尔函数近似表达,构造新的秩优化SDP问题。根据低秩矩阵恢复理论,对该SDP问题的目标函数使用log-det函数方法平滑替代,然后使用优化最小(MM)算法求解,最后通过(半)正定Toep-litz矩阵的范德蒙分解方法实现无格DOA估计。在MM算法求解模型时,使用样本协方差矩阵构造初始优化问题,减少算法迭代。仿真实验结果表明,相较于基于网格的MUSIC和其他无格DOA估计方法,该文方法具有更好的均方根误差(RMSE)性能与对相邻源的分辨能力;在快拍数充足且信噪比(SNR)较高时,适当的第1类贝塞尔函数阶数选择可以实现与较大阶数接近的RMSE性能,同时能减少运行时间。

基于矢量传感器复声强测量的低空目标二维波达方向估计

提出了一种基于三维压差式矢量传感器复声强测量的低空目标二维波达方向(DOA:Directions Of Arrival)估计方法。利用矢量传感器在低频段的良好特性,实现了小尺寸声阵条件下的高精度目标DOA估计。采用实测的直升机辐射噪声数据验证了该方法的有效性,研究了传感器尺寸、积分时间和信噪比对目标DOA估计精度的影响。性能分析表明,在小尺寸声阵条件下,新方法优于基于时延估计的测向方法。该研究为实现低空运动目标的无源声学探测提供了一种新的技术途径。

采用Radon-Wigner变换的二维波达方向估计

针对宽带多线性调频信号2维波达方向(2-D DOA)估计精度低的问题,该文提出了一种基于Radon-Wigner变换(RWT)的2-D DOA估计方法。该方法利用RWT在多目标环境下能够有效抑制交叉项干扰和噪声,具有很好的时频汇聚性特点,通过峰值搜索确定目标个数并重构信号阵列,最后利用MUSIC空间谱分析方法实现了对多个LFM信号的2-D DOA估计。仿真实验表明,基于RWT的DOA估计方法能对非平稳信号进行有效的2-D DOA估计。

加权子空间拟合相干信源二维波达方向估计

对均匀圆阵列 (U CA)二维波达方向估计问题 ,运用相位激励模式波束形成技术 ,得到圆阵波束空间实值阵列流形。在波束空间内 ,研究了相干信源子空间分解技术和加权子空间拟合技术。计算机仿真表明 。

一种二维信号波达方向估计的改进多重信号分类算法

多重信号分类(MUSIC)算法是一种经典的空间谱估计算法。该文以L型阵列为例,针对2D-MUSIC算法在接收信号信噪比较小时对多个目标中方位相近的目标无法进行准确估计的问题,提出一种改进2D-MUSIC算法。该算法对经典2D-MUSIC算法所构成的协方差矩阵进行共轭重组,并将重组后矩阵的平方与原协方差矩阵的平方进行相加求平均,由此获得新的矩阵,再对该矩阵对应的噪声子空间进行加权处理,选取适当的加权系数构造新的噪声子空间,最后通过谱峰搜索识别出目标位置。计算机仿真结果表明,与2D-MUSIC算法相比,改进后的算法在接收信号信噪比较小时对多个目标中方位相近的目标也能够进行信号波达方向(DOA)估计,提高了L型阵列2维DOA估计的分辨率,具有较好的工程应用价值。

时－空二维信号模型下的波达方向估计方法及其性能分析

在时－空二维信号模型下，基于最大似然（ＭＬ）参数估计，本文提出和归纳出三种波达方向估计方法为：①常规空域处理（传统ＭＬ方法）；②时－空域联合处理；③时－空域级联处理．文中对这些算法进行了性能分析，并对理论分析结果进行了计算机数值分析和仿真实验，最后给出了一些有意义的结论．

基于分数阶傅里叶变换的线性调频信号二维波达方向估计

本文提出了一种基于分数阶傅里叶变换(Fractional Fourier Transform,FRFT)的多线性调频(Linear Frequency Modulation,LFM)信号二维波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计方法.该方法利用FRFT对LFM信号的能量聚集特性,构造出一种新的分数阶傅里叶域的阵列信号数据模型,并利用MUSIC算法实现对多个LFM信号的二维DOA估计.仿真实验验证了算法的有效性.

基于均匀圆阵的空时二维波达方向估计算法

提出了一种适合于均匀圆阵的空时二维波达方向估计方法,该方法先利用模式激励技术对接收数据进行变换,再利用变换后数据之间的互相关关系将数据进一步映射到空时域,然后构造出一对空时DOA矩阵束,通过矩阵束的广义特征值就能够计算出所有入射信号的方位角和俯仰角。该方法完全避免了DOA矩阵类方法中难以克服的角度兼并问题,与UCA- ESPRIT算法相比,减小了孔径损失,使能够估计的信号数目增加了一倍。该方法具有免搜索和参数自动配对的特点。仿真结果证明了该算法的性能。

一种基于声矢量传感器阵的宽带源二维波达方向估计算法

提出一种基于声矢量传感器阵的宽带源二维波达方向估计算法,在宽带相干源条件下实现了二维波达方向估计参数的自动配对。克服了通常声矢量传感器阵波达方向估计中存在的谱峰搜索和参数配对问题。分析表明:该算法能够可靠判定目标源的个数,具有较高的估计精度;不受目标波达方向角度间存在兼并(入射源含有相同的方位角或俯仰角)的影响;当存在阵列误差时,算法的稳健性好。

一种基于双平行线阵相干源二维波达方向估计的新方法

提出一种基于双平行线阵有相干信号源存在情况下二维波达方向估计的新算法。该算法根据阵列结构的特点形成 6个需要的相关矩阵 ,然后构造一个特殊大矩阵并经特征分解获得信号子空间的估计 ,最后利用 2 DESPRIT方法实现二维角度估计。无论是否存在相干源 ,新算法都能精确估计出二维到达角 ,而无需进行谱峰搜索 ,从而解决了信号参数配对问题。

一种在冲击噪声环境中基于协变异的二维波达方向估计算法

构造了一种特殊的阵列结构,定义了子阵列输出信号之间的互协变异矩阵,提出了一种在SαS噪声环境中基于分数低阶矩的二维子空间测向算法。该算法利用SαS过程具有p(p≥α)阶矩无限、而分数p(0≤p<α)阶矩有限等特点,扩展了二维测向算法的信号模型和应用环境,对加性SαS噪声有较好的抑制作用,弥补了传统的基于二阶和高阶统计量的子空间测向算法不能应用于冲击噪声环境的不足。计算机仿真验证了该算法的可行性和有效性。

基于MIMO技术的二维波达方向估计

传统的L型阵相比面阵精简了阵列结构,以较少的阵元实现二维波达方向估计,但是波达方向估计性能受到物理孔径限制。本文将MIMO技术和L型阵结合,提出一种基于MIMO技术的L型阵二维波达方向估计方法。该方法通过MIM0等效虚拟阵列原理,将L型阵等效为一矩形平面阵列,然后在等效矩形阵列的基础上,采用MUSIC进行二维波达方向估计,以L型阵的物理孔径实现矩形平面阵列的估计性能。本文推导了二维波达方向估计的CRB,计算机仿真实验证实了所提方法的有效性。

基于Y形阵的空时二维波达方向估计

提出了一种适用于Y形阵的空时二维波达方向估计方法,在低信噪比下实现了无模糊的二维波达方向估计。该方法利用了Y形阵的特性,具有较好的稳定性和较小的估计方差。仿真结果证明了本方法的有效性。

一种用于矩形阵列的二维波达方向估计方法

针对现有使用均匀矩形阵列或稀疏矩形阵列的二维无格波达方向估计方法的性能欠佳的问题,提出一种基于二阶特普利茨矩阵重构和二维旋转不变参数估计技术的无格波达方向估计方法。使用均匀矩形阵列或稀疏矩形阵列,对其接收信号的协方差矩阵进行二阶特普利茨结构表达,通过log-det稀疏测度与正定约束构造约束优化问题,并使用优化最小算法求解,最后通过二维旋转不变参数估计技术估计源的二维波达方向,即方位角与俯仰角。这种方法需要多次求解半定规划问题,计算复杂度相对较高,但能获得更好的波达方向估计性能。在仿真实验中,这种方法在均匀矩形阵列或稀疏矩形阵列条件下均有非常低的均方根误差,接近克拉美罗界,证明了其良好的波达方向估计性能。

采用等距二元矢量水听器直线阵的二维波达方向估计

为了减小传统四元矢量水听器阵的尺寸和减少冗余阵元,提出了采用等距二元矢量水听器直线阵的二维波达方向(DOA)估计方法。每个阵元(矢量水听器)由空间共点的一个声压水听器和一个振速水听器构成。其中声压水听器阵可以被划分为2个子阵,它们构成旋转对,旋转因子为包含某一轴方向余弦信息的相位延迟因子。振速水听器阵可以被划分为2个子阵,它与声压水听器阵构成旋转对,旋转因子为另一轴方向余弦。基于旋转子空间不变法(ESPRIT)的思想,采用并行总体最小二乘(TLS)矩阵束方法实现对旋转因子的估计和自动配对,从而实现二维DOA估计。计算机仿真实验结果证明了该方法的有效性。

基于循环互相关的二维波达方向估计方法

本文在简化传感器阵列基础上,建立了基于循环互相关的阵列信号模型,并根据该模型,运用波达方向矩阵法提出了一种新的循环平稳源信号二维DOA估计方法,通过利用循环互相关函数建立信号处理模型,使得该方法在继承了一般循环平稳DOA估计方法所具有的优点之外,还具有更好的抑制噪声能力,同时,此方法不仅对窄带信号适用,对宽带信号也同样适用。此外,该方法不需谱峰搜索和二维角度参数配对,具有计算复杂度低的优点。理论分析和仿真结果均说明,本文方法具有较好的噪声抑制能力和信号选择能力。

SαS噪声环境下的宽带信号二维波达方向估计算法

为克服在SαS噪声环境下的DOA估计方法没有考虑宽带信号的情况,在分析SαS噪声环境下宽带信号阵列输出矩阵性质的基础上,将时域方法与频域方法有机结合起来,通过构造L型阵列的各频带的分数阶累计量,将一维宽带信号阵列模型拓展到二维,并利用CSM聚焦算法,通过k个聚焦矩阵T(fk)把不同频率处的方向矩阵变换到同一参考频率f0下的矩阵,采用改进的分数低阶矩阵(MFLOM)来作为共变矩阵的估计子。实现了SαS噪声环境下的宽带信号的二维波达角估计,通过仿真分析证明了该算法的有效性。