累积量稀疏表示的扩展阵列的DOA估计方法

针对现有稀疏重构DOA估计算法不能抑制噪声项、在高斯色噪声背景下不适用以及能够分辨的最大信源数小于阵元数的问题,首先利用阵列输出数据的四阶累积量矩阵构建稀疏表示模型,该模型抑制了噪声项,并通过产生虚拟阵元实现了阵列扩展;然后对累积量矩阵进行奇异值分解来化简模型,化简后的模型不仅减小了数据规模而且进一步抑制了噪声。在利用加权l1范数法对稀疏表示模型求解时,不需要选取平衡重构残差与解的稀疏性的正则化参数。理论分析与仿真实验表明所提算法在高斯白噪声以及色噪声背景下均适用,能够分辨的最大信源数大于阵元数且具有较高的角度分辨力。

一种基于组合子阵协方差矩阵的阵列扩展方法

针对阵列在低信噪比条件下信号检测概率低且方位估计性能下降的问题,提出一种基于组合子阵协方差矩阵的线列阵扩展方法。该方法将阵列划分为奇偶子阵,根据子阵的互协方差与自协方差矩阵构建扩展接收数据,对扩展接收数据进行组合作为最终的阵列接收数据进行处理,由此在突破阵列物理孔径的基础上避免仅使用奇偶阵元互协方差重构接收数据时产生的栅瓣问题。仿真结果表明:新方法可以降低波束输出的旁瓣,具有较好的弱目标检测能力和方位分辨力;相比于基于奇偶阵元互协方差的阵列扩展方法,新方法可有效提升方位估计精度,且不存在栅瓣问题。

基于虚拟阵列扩展的改进加权空间平滑算法

针对相干信源的波达方向(direction of arrival,DOA)估计问题,传统的空间平滑算法通过减小阵列孔径来解相干,导致估计精度降低。本文以相干分布源为研究对象,首先通过扩展共轭虚拟阵列增大阵列孔径,使用Toeplitz算法进行预估计,根据预估计值构建加权矩阵,通过二次加权空间平滑恢复协方差矩阵的秩,消除信号的相干性,结合传播因子算法估计得到目标信源的入射角度。该算法充分利用子阵输出的自相关和互相关信息,改善了阵列孔径带来的精度影响。仿真结果表明,所提算法对相干信源具有良好的分辨能力和估计精度,在低信噪比时鲁棒性较好。

利用协方差矩阵拟合的阵列孔径扩展方法

提出了一种协方差矩阵拟合的阵列孔径扩展方法来提高小孔径均匀直线阵的分辨力。该方法分析了具有不同阵元个数的阵列采集信号协方差矩阵之间的关系,并根据该关系构建阵列扩展的优化算法,利用小孔径实际阵列协方差矩阵拟合得到大孔径虚拟阵列的协方差矩阵。仿真分析与湖试数据处理结果表明,将拟合协方差矩阵用于现有方位估计方法中能够降低波束宽度,提高分辨力,并且随着虚拟阵元个数增加,目标分辨概率同步提高。当阵列孔径较小或环境信噪比较低时,本文方法可用于提高方位估计性能。

运动阵列非重叠孔径扩展算法

现有线阵列被动合成阵列算法无法满足非连续信号和非均匀线阵列的处理需要,难以被直接用来提高运动线阵列对时域重叠脉冲信号的空间分辨能力。针对这一问题,本文提出一种能够同时满足对非连续信号和非均匀线阵列处理需求的运动阵列非重叠孔径扩展算法。该算法首先通过二维MUSIC算法估计运动阵列的"相位校正因子",进而完成阵列孔径扩展实现对多个时域重叠信号的高分辨方向估计。通过仿真研究可知:小孔径运动阵列利用本算法在不牺牲方向估计精度的条件下,可以有效提高对多信号的分辨能力,且具有较好的低信噪比适应能力。

阵列扩展用于反辐射导弹抗诱偏的研究

提出了将阵列扩展测向用于反辐射导弹(ARM)抗诱偏的思想,并提出了一种改进的ESPRIT算法:共轭增强ESPRIT(CA-ESPRIT)算法。该算法利用阵列输出的延迟相关函数及其共轭形成伪阵列输出,从而得到伪协方差矩阵,对其进行特征分解,用ESPRIT算法得到波达方向。该算法有阵列扩展作用,具有比传统的MUSIC和ESPRIT算法更高的角度分辨能力。仿真实验表明,将阵列扩展用于反辐射导弹测向可将雷达和诱饵较早地从角度上分辨开。

四阶累积量阵列扩展的传播算子测向方法

针对MUSIC-LIKE方法中累积量矩阵存在大量冗余数据的问题,提出了一种四阶累积量与最小冗余线阵相结合的传播算子测向方法.分析了四阶累积量进行阵列扩展的原理,通过将四阶累积量应用于最小冗余线阵,摒弃了原MU-SIC-LIKE方法应用于均匀线阵中的大量冗余数据,并且获得了比MUSIC-LIKE更大的阵列扩展能力,同时结合传播算子方法,用线性运算代替特征分解求得噪声子空间,减小了计算量,缩短运算时间.论证了四阶累积量适用于最小冗余线阵及传播算子方法的原理,仿真实验验证了其在阵列扩展、测向性能及计算量的优越性.

基于高阶累积量虚拟阵列扩展的DOA估计

该文提出了一种基于高阶累积量虚拟阵列扩展的DOA估计新方法。该方法基于高阶累积量孔径扩展的性质,由实际阵元的坐标与方向矢量直接计算出虚拟阵元的坐标与方向矢量,利用两种阵元的坐标之间的关系构造四阶或六阶协方差矩阵,运用MUSIC方法对非高斯独立信号源进行DOA估计。该方法在任意阵列的情况下,对非高斯独立信号源进行一维与二维DOA估计,均能准确地估计出多于实际阵元数目的方向角与仰角。实验表明,该方法简单、有效地扩展了阵列孔径,提高了阵列的空间分辨能力,有效地抑制了高斯噪声的干扰,降低了高阶累积量协方差矩阵的计算量。

基于阵列扩展的宽带DOA估计算法

导向矢量的频率不一致性不利于宽带信号的DOA估计。为此,首先提出宽带直接空间谱估计算法,但是其限制条件过于苛刻;然后利用宽带信号的时延性质对阵列进行扩展,提出一种新的宽带DOA估计算法,新算法不需要DOA预估计;最后分析了梳妆谱和连续谱两种情形下如何使用新算法的问题。仿真实验结果表明,在信噪比较高的条件下,与传统算法相比,新算法的估计成功率更高,估计误差更小。

基于四阶累积量虚拟阵列扩展的DOA估计

针对Music-like方法能很好地扩展阵列孔径,但计算量较大的问题,提出了一种虚拟阵列扩展的新方法。该方法基于四阶累积量孔径扩展的性质,由实际阵元的坐标与方向矢量直接计算出虚拟阵元的坐标与方向矢量,利用两种阵元坐标之间的关系构造四阶协方差矩阵,运用MUSIC(Mu ltip le S ignal C lassification)算法对非高斯独立信号源进行DOA(D irection of Arrival)估计。该方法在任意阵列的情况下,对非高斯独立信号源进行一维与二维DOA估计,均能准确估计出多于实际阵元数目的方向角与仰角。实验表明,对一N元阵列,该方法最多能够扩展N2-N+1个虚拟阵元,能够估计出N2-N个非高斯独立信源,提高了阵列的空间分辨能力,有效抑制了高斯噪声的干扰,减少了高阶累积量协方差矩阵的计算量。

一种多径环境下基于四阶累积量的阵列扩展测向方法

本文分析了基于四阶累积量的测向方法不能正确测量多径信号方向的原因，提出了一种多径环境下的基于四阶累积量的新型测向方法。该方法利用零点领处理方法抑制多径信号，然后采用四阶累积量进行阵列扩展测向。计算机模拟结果表明该方法在多径环境下具有良好的性能并且可能实现对足够多的信号进行测向。

基于阵列扩展解模糊方法研究

指出了长短基线法、参差基线法、无模糊长基线三种解模糊方法的各自缺点,介绍了四阶累积量MU-SIC算法原理和阵列扩展原理,并根据阵列扩展原理提出了在较小空间内放置三阵元均匀线阵扩展的解模糊方法,并进行了Matlab仿真,验证了方法的可行性。为解模糊方法提出了一个崭新的思路。

提高麦克风阵列波束指向性能的虚拟扩展方法

针对宽带麦克风阵列如何在全频段保持一致性最优阵列处理问题,提出了麦克风阵列虚拟扩展稳健处理方法.该方法不仅在信号模型以及理论推导上深入分析了阵列虚拟扩展所带来的阵列误差、实现难点,而且提出了基于对角加载的稳健处理方法,并给出了加载电平的选取方法.最后对所提阵列虚拟扩展方法的处理性能进行了详细的理论分析和仿真实验,得出了阵列虚拟扩展可以有效地提高自适应波束形成器性能的结论.所提方法不仅适用于均匀线阵,而且也可直接推广应用于其他任意构型的自适应阵列;不仅适用于单信源场景,同时也适用于多信号源场景.

基于最小冗余线阵的阵列扩展方法

针对均匀传感器线阵应用被动合成孔径技术进行扩展阵列中存在阵元数较多利用率较低,且噪声累积误差问题,提出了一种基于最小冗余线阵的阵列扩展方法。该算法将四阶累积量方法和被动合成孔径技术相结合,能够采用较少的阵元获得较大的阵列有效孔径。先用四阶累积量方法对最小冗余阵作匀速直线运动采集的连续测量量作预处理,获得虚拟均匀线阵效果,而后,利用重叠相关器处理上述数据组获得相位修正因子补偿连续测量时产生的相位差,将时域信息转化为空域信息,获得阵列扩展效果。该算法采用阵元数少,从而提高了阵元利用率,降低了运算量,而且能够有效抑制高斯噪声。此外,该算法保留了被动合成孔径技术无需知道目标源和接收阵相对运动速度等先验信息的优点。仿真和实验结果表明,在阵元数很少时,该算法仍能够有效扩展阵列孔径,准确估计分辨出多目标的到达角,运算量低,且在高斯噪声背景下,能够获得优于ETAM方法的阵列扩展性能。

阵列扩展在干涉仪测向系统中的应用

传统的干涉仪测向系统中,测向精度受到阵列有效孔径的限制。利用四阶累积量的阵列扩展特性,可以达到在解测向模糊的同时保证测向精度的目的。通过对四阶累积量阵列扩展特性及干涉仪测向原理的研究,提出了将阵列扩展特性应用于干涉仪测向系统的测向方法。推导采用不同扩展阵元构成长基线测向时,对应的测向误差公式,得到获得较高的测向精度所需满足的天线阵元间距关系。Matlab仿真结果验证了此方法的正确性。

基于非圆对称特性的阵列扩展算法

根据入射信号的非圆对称性,提出了一种基于均匀线阵的阵列扩展算法。该方法以ESPRIT算法实现DOA估计,计算量较传统的MUSIC算法小,同时虚拟阵列有效地增加了阵列孔径,提高了算法的分辨力,并且能对更多的信号进行DOA估计。计算机仿真验证了该方法的可靠性和有效性。

基于四阶累积量的时空阵列扩展

基于四阶累积量,本文提出了一种爆炸式时空阵列扩展方法,该方法将阵列孔径按实际阵元数成几倍、几十倍增长.这种阵列扩展方法既可以应用于循环平稳信号源,也可以应用于非循环平稳信号源.由于阵列扩展的规则性,2-D DOA估计可以采用ESPRIT算法,从而无须谱峰搜索.但该方法随着信号源数的增加,其计算量也会随着增加.最后的实验仿真验证了这种阵列扩展的有效性.

基于时空处理的阵列扩展及同频干扰抑制

该文推导了基于时空联合处理的2-D阵列扩展方法,研究了虚拟阵的结构,构造了虚拟阵的伪数据矩阵;同时提出了抑制同频干扰的算法.当采用m阵元的2-D阵列时,扩展阵列的等效阵列孔径为n=(m+1)2/2-1(m为奇数)或n=m(m+2)/2-1(m为偶数).这种阵列扩展方法和同频干扰抑制算法能在较低信噪比(0dB)以下工作,并且能实现2-D参数的自动配对.理论和计算机仿真实验均表明这种扩展和算法的有效性.

一种虚拟阵列扩展解相干的DOA算法

在移动通信阵列信号处理中,由于多径传播等因素的影响,存在大量相干信号源,现有解相干DOA算法大多会损失阵列的有效孔径,而阵列孔径大小直接限制了空间分辨率及所能估计的信号源个数。针对上述情况,提出一种虚拟阵列扩展的改进双向空间平滑算法(Virtual-array SS,VSS),利用入射信号的非圆对称性,阵列扩展后得到新的虚拟阵列,并做相应的预处理后再利用双向空间平滑算法对该虚拟阵列进行处理。大量仿真结果表明,VSS算法是一种具有高分辨率、高统计稳定性、计算量相对增加较小的解相干DOA算法。

基于虚拟阵列扩展的特高频多源局部放电DOA估计方法

基于特高频(UHF)的多源局部放电精确波达方向(DOA)估计是开放式电力设备局部放电(PD)检测的难点。论文利用压缩感知(CS)原理,以导向矢量矩阵作为压缩感知的基变换矩阵,以随机高斯矩阵作为测量矩阵,通过多测量矢量欠定系统正则化聚焦求解(RM-FOCUSS)信号重构算法,将传统的2×2特高频阵列虚拟扩展为N×N (N>2)阵列。并在局部放电信号聚焦及环境噪声抑制的基础上,利用多重信号分类(MUSIC)算法构建了局部放电信号空间谱,根据空间谱特征分布实现了对多局部放电源的准确定向。仿真结果表明,扩展4×4阵列的定向精度得到了大幅提升,方位角误差由传统2×2阵列的约10°下降至约4°。实际实验中以扩展4×4阵列为例,得到其方位角误差约为8°,俯仰角误差约为4°,局部放电定向数量从传统阵列的1个扩展到3个,进一步证明了论文所提方法的有效性。论文研究可为电力设备的局部放电检测提供参考。