时延估计的克拉美-罗下界的渐近分析

从时延估计的Ｆｉｓｈｅｒ矩阵的最基本概率表达式入手，利用Ｔｏｅｐｌｉｔｚ（托布里兹）矩阵和循环矩阵的渐近等效性，以及循环矩阵的谱特性，导出了时延、多普勒、及其更高阶导数联合估计的Ｆｉｓｈｅｒ矩阵的严格渐近解析表达式，此结果较人们常采用的近似结果更加精确．两者之间的比较分析表明，在一定条件下两者具有较好的一致性．

采样信号周期数对克拉美-罗下界的影响

短时信号处理是信号处理的经典问题,但是关于最短信号长度尚无文献给出明确的建议。本文采用数值方法对正弦信号的克拉美-罗下界CRLB(Cramer-Rao Lower Bound)进行了研究并给出最短信号长度的取值,结果为:(1)根据采样信号周期数CiR(Cycles in Record)对CRLB的影响程度,把CiR分为高频段、低频段和极低频段进行研究;(2)极低频段的CRLB随CiR的下降急剧上升,且与信号相位有很大的关系;(3)最短采样信号周期数为CiR=0.8285,若低于这个临界值,无法保证估计算法的精度。

基于克拉美-罗下界的移动网络定位性能分析

随着5G网络研究的不断深入,毫米波通信将成为5G的关键技术之一。由于毫米波波形的自相关特性能够影响时间估计的精度,所以影响基于到达时间(TOA)的定位方法的定位精度。为了进一步提高终端定位精度,文章运用估计理论推导了位置估计的克拉美-罗下界,列举几种毫米波波形,并通过仿真比较所列波形的定位性能,研究结果可为毫米波通信的波形选取提供理论支持。

用于正弦波频率估计的修正I-Rife算法

对正弦波信号的频率估计是雷达领域常见的问题。当真实频率接近量化频点时,I-Rife算法的频移因子的计算会产生较大误差,为提高频率估计的精度,本文通过分析Rife及I-Rife算法的性能及误差产生的原因,利用频谱细化的方法,提出了一种修正I-Rife算法,即用峰值频点左右各0.5点处的频谱幅值来替代频谱峰值点的幅值和次大值频点处的幅值进行插值计算,对频率偏移值进行更为准确的估计,在计算量与I-Rife算法几乎相同的情况下,有效地提高了频率的估计精度。仿真结果表明,改进后的I-Rife算法整体性能优于I-Rife算法,且估计的均方根误差更接近于克拉美-罗下界。

基于时延-多普勒联合调制的雷达通信一体化技术研究

随着5G乃至未来6G无线通信技术的发展,电磁频谱环境日趋拥堵,通信中的“频谱稀缺”问题越来越严重。为了发掘额外的频谱资源,无线通信频段正积极扩张,逐步与雷达工作频段重合,导致越来越严重的雷达通信互干扰。鉴于此,部分学者提出了雷达通信一体化信号的解决思路,用于实现雷达和通信共享频谱资源。然而,从理论上讲,传统时频编码信号无法兼顾雷达和通信性能,更无法胜任高动态应用场景。因此,本文绕开时频维度,提出在时延-多普勒域进行一体化设计的思路和方法,并通过多站协同的雷达体制大幅降低了雷达所需时频资源。最后,本文推导了定位与测速克拉美-罗下界(Cramer-Rao Lower Bounds,CRLB)。通过理论分析和仿真实验可知,本文方法可在高动态场景下有效兼顾优良雷达探测性能和高速无线通信性能。

基于均匀线性阵列的超大规模MIMO混合场信道估计算法

超大规模MIMO(extremely large-scale massive MIMO,XL-MIMO)是未来6G通信的关键技术之一。现有的XL-MIMO混合场信道模型大多对均匀线性阵列和单天线用户之间信道建模,且采用散射体最后一跳模型。若收发双端均配备线性阵列,现有的混合场信道估计方案将不再适用。为此,针对收发端均部署超大规模线性阵列的XL-MIMO场景,采用Saleh-Valenzuela模型进行信道建模,并提出了一种基于正交匹配追踪(OMP)的混合场信道估计算法。该算法首先利用角域变换矩阵对远场分量进行估计,然后通过极域变换矩阵估计近场分量。此外,引入克拉美罗-下界(CRLB)对所提算法进行评估。仿真结果表明,提出的混合场估计算法相较于仅考虑远场和近场的估计算法在信道估计性能上有约0.6 dB的提升。

频谱共存下机载组网雷达辐射资源与航迹规划联合优化算法

为了提升频谱共存环境下机载组网雷达多目标跟踪性能,提出了一种雷达辐射资源与航迹规划联合优化算法。首先,推导了包含雷达辐射资源以及载机飞行参数的贝叶斯克拉美-罗下界表达式,以此作为多目标跟踪精度的衡量指标;在此基础上,以最小化机载组网雷达多目标跟踪误差为优化目标,以雷达辐射资源总量、载机机动性能、通信基站可容忍干扰能量和跟踪各目标节点数为约束条件,建立频谱共存下机载组网雷达辐射资源与航迹规划联合优化模型;然后,将上述优化模型分解为多个子问题,并结合循环最小化算法、半正定规划算法和粒子群算法进行分步求解。最终仿真结果表明,所提算法能够在保证通信基站正常工作的条件下,充分利用各平台运动优势,与现有算法相比,能够有效提升机载组网雷达的多目标跟踪性能。

多基阵声测被动定位及定位精度分析

提出了一种多阵声测被动定位方法并给出了其性能分析。该方法采用单个阵估计声源方位和阵与阵间相应传声器时延的方法进行声源定位 ,充分利用多阵之间信号的相干特性 ;研究了在不同的阵间信号相干系数下的声源定位及定位精度的克拉美 -罗下界。仿真表明 :利用阵间相干信息的定位方法 ,其定位精度明显优于不利用阵间相干信息的方法 ;既使相干系数很小 ,也可明显地改善定位精度。

基于周期平稳的盲信噪比估计方法

过采样和成型滤波引入了信号的周期平稳性。基于对信号的周期平稳统计量的分析,提出了一种高斯白噪声信道下的盲信噪比估计方法。对信号的调制方式没有要求,也不需要发送端发送已知数据。蒙特卡罗仿真结果证明,在较宽的信噪比范围内,该方法的性能优于二阶四阶矩方法(M2M4)、信号方差比(SVR)方法等其他经典的盲信噪比估计方法。分析了估计的克拉美-罗下界,作为估计的绝对性能的参照。

状态空间法在超宽带雷达动目标速度及距离像估计中的应用

该文通过状态空间(State-Space,SS)法高分辨估计超宽带(Ultra-Wide Band,UWB)雷达运动目标径向速度及其距离像。首先,结合具有伸缩的UWB雷达回波模型获得散射体频域冲激响应,以构建SS所需的Hankel矩阵。其次,利用SS估计UWB雷达高速运动目标径向速度及距离像。进一步,分别推导了上述估计参数的克拉美-罗下界(Cramér-Rao Lower Bound,CRLB)。SS法不但能获得目标高分辨距离像,而且较好地规避了多普勒随信号带宽内频率变化,即多普勒色散对径向速度估计的影响。该方法亦具有良好的噪声抑制能力。此外,其只需目标频域冲激响应,并未涉及具体发射波形,因此未受发射信号形式的限制,这不同于利用小波变换估计相关参数的方法。仿真实验验证了该方法的可行及有效性。

相干激光雷达中最大似然离散谱峰值估计及Monte Carlo仿真

相干测风激光雷达中一个核心的问题是从微弱的气溶胶后向散射信号中估计出风速。基于零均值复高斯随机过程协方差矩阵统计模型的后向散射信号,首先讨论了最大似然(ML)离散谱峰值(DSP)风速估计算法的克拉美-罗下界(CRLB)与由Fisher信息矩阵论得到的精确CRLB之间的关系。其次,对于ML DSP估计应用于相干测风激光雷达中协方差矩阵统计模型的后向散射信号时,使用计算机Monte Carlo仿真的方法研究了风速估计的概率密度函数。分别讨论了信噪比、激光脉冲累积发数和发射激光脉冲宽度对ML DSP风速估计性能的影响。计算仿真结果表明:ML DSP风速估计的CRLB低于精确的CRLB;在信噪比为-20dB,100发激光脉冲累积和信噪比为-30dB,10 000发激光脉冲累积条件下,ML DSP风速估计中"坏"的估计值所占的比例都为0,"好"的估计值的标准差分别为0.62m/s和0.50m/s。

矢量传感器幅相误差校正与补偿

提出了利用同一个校正源先后两次发射的两个到达方向相同极化状态不同的电磁信号估计矢量传感器幅相误差的一种新方法。首先根据矢量传感器的特点给出了矢量传感器的幅相误差模型,并利用ESPRIT方法给出了存在幅相误差情况下两个电磁信号的电磁场矢量;其次根据同一个矢量传感器对两个电磁信号引入的幅相误差相等估计两个电磁信号的极化参数,并由幅相误差模型得到矢量传感器的幅相误差的估计;最后推导给出了参数估计的克拉美-罗下界并通过仿真实验证明了算法的有效性。

基于参数估计精度的SAR图像分辨率评估方法

分辨率是SAR图像超分辨处理性能评估的一个重要指标。首先分析传统的3dB主瓣宽度计算方法用于超分辨性能评估的缺陷与不足,并利用三次样条方法证明了对传统方法而言,像元分辨率为最高测量分辨率。然后基于频域点散射模型,从最优参数估计精度角度提出了新的分辨率评估方法。该方法克服了传统方法的缺点,并建立了分辨率与目标参数、噪声水平之间的联系,可用于SAR图像超分辨及其它处理性能的预测与评估。利用仿真实验验证了该方法的有效性。

天基预警系统多体制传感器综合调度方法

为提高天基预警系统对多目标的跟踪能力,提出扫描传感器纬度区间扫描模式和凝视传感器目标群跟踪模式,并基于此种模式设计基于聚类的扫描传感器纬度区间扫描调度方法和凝视相机目标群跟踪调度方法。由于诸多传感器的工作模式、探测频率、测量误差、视场模型均不相同,推导不同探测频率、视线误差的多传感器联合观测跟踪的克拉美-罗下界计算公式。综合运用以上方法,建立多体制传感器综合调度优化方法。仿真试验表明,该方法比传统工作模式下的系统对多目标具有更高的跟踪精度。

一种高精度运动多站无源定位算法

针对运动多站单次定位精度差及滤波算法受初值影响较大的问题,提出一种单次定位解算和扩展卡尔曼滤波相结合的多次测量定位滤波算法。推导了存在时差测量误差条件下多次测量定位的克拉美—罗下限(CRLB),分别仿真了运动多站固定基线构型和动态基线构型下所提算法的定位性能,并与单次定位算法进行了比较。结果表明,所提算法避免了初值选取问题,能以较快的收敛速度逼近定位精度的理论下限,可使定位精度相比单次定位提升10倍以上。

多跳无线传感器网络下信道感知的目标定位方法

针对资源有限、存在信道退化的无线传感器网络(Wireless sensor network,WSN),基于最大似然估计(Maximum-likelihood estimation,MLE)提出一种信道感知的目标定位方法.把传感器观测数据量化为M位二进制序列,经过衰落信道多跳中继到达融合中心.中继节点采用二元解码–前向中继策略,中继输出是被信道污染的中继信号的估计值.在Rayleigh信道衰落和高斯信道噪声假设下,结合无线信道衰落的统计知识和解码策略,推导了观测数据的似然函数,得到目标位置的最大似然估计.此外,还推导了估计器性能的后验克拉美-罗下界(Cramr-Rao lower bounds,CRLB).仿真结果表明,信道感知的方法能够减缓由于信道衰落和噪声所带来的定位性能的退化.

基于性能边界和量化数据的WSN目标跟踪传感器选择算法

对能量和带宽受限的无线传感器网络下的目标跟踪问题,基于量化的观测数据和条件后验克拉美-罗下界提出一种传感器选择方法.为了节约网络能量和带宽,对传感器接收到的观测数据进行量化压缩,推导了传感器量化数据下目标状态估计的条件后验克拉美-罗下界,将其作为传感器选择和优化的准则,并且利用粒子滤波器给出一种条件后验克拉美-罗下界的近似计算方法.与基于无条件后验克拉美-罗下界和互信息的传感器选择方法进行了对比仿真,结果表明了条件后验克拉美-罗下界作为传感器选择准则的有效性以及对跟踪性能的改进.

基于载波间干扰自抵消的OFDM频率同步

载波间干扰自抵消(ICISC)方案在频率域引入了冗余信息,提高了OFDM系统对频偏的稳健性。基于最大似然原理,针对ICISC方案提出了两种OFDM最大似然同步新算法。分析了算法的估计范围、方差性能以及Cramer-Rao下界。两种方法具有估计频偏范围大、估计精度高以及实现简单等优点,计算机仿真结果表明了方法的优越性。

一种基于最小均方误差准则的唯方位定位方法

为了使目标位置估计点到各个观测站定位视线的距离和达到最小,提出一种利用最小均方误差准则,使用加权约束条件得到最佳逼近解的多站唯方位无源定位新方法。该方法在二维和三维情况下均适用,并且最少只需要两个观测站即可实现定位,定位误差趋近于克拉美-罗下界(CRLB)。仿真结果验证了该方法的可行性和有效性。

红外预警双星弹道导弹主动段跟踪性能

为研究反导作战中红外预警卫星系统对弹道导弹主动段弹道的跟踪性能,提出以后验克拉美-罗下界(Posterior Cramer-Rao Lower Bound,PCRLB)为衡量指标,结合8态重力转弯主动段运动模型和双星纯方位无源定位获取的量测量,系统分析了运动建模精度、量测精度、采样周期、测源不确定性下检测概率和虚警数目等因素对跟踪时效性和准确性的影响。仿真算例给出了上述因素对位置和速度跟踪性能的影响程度和规律,可为预警卫星反导作战、战技指标关联建模以及星载探测器优化设计等提供有意义的参考。