基于多分量LFM信号时频分析的水声多普勒和时延估计研究

在水声多普勒因子和时延估计研究实用化的进程中,利用多分量线性调频(LFM)信号实现估计的算法研究越来越普遍。针对多分量LFM信号时频域存有交叉项时各分量参数估计不准确的问题,提出基于非完全残差与脊线段匹配的自适应模态分解方法。该方法采用非完全残差函数保留了交叉点处的部分时频信息,利用脊线段匹配方法提供更精确的预设时频脊线,改进了各分量LFM信号调频斜率和起始频率的估计精度。联合两个估计量进一步给出了多普勒因子和时延估计的算法。仿真结果表示,较现有模态分解算法,所提改进方法有效解决了估计分量过程中交叉区间断裂带来的估计误差;水声多径的条件下,该方法的多普勒因子和时延估计精度优于对比的现有方法。

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。

动目标多径回波的时延、到达角和多普勒频率联合估计

动目标回波的时延、到达角与多普勒频率等参数,都是定位与跟踪目标所需的重要参数。本文针对动目标多径回波的参数估计问题,利用照射信号的周期重复性建立了具有旋转不变结构的阵列接收信号模型,并将PRO-ESPRIT算法应用于该信号模型,从而利用模型中的旋转不变因子及其对应的特征向量估计得到各多普勒频率、时延和到达角参数。这一方法对阵列形式没有特殊要求;与已有的联合估计方法相比,多参数联合估计时无需高维搜索或迭代,估得的对应相同回波的信号参数自动配对;在照射信号未知及存在相同多普勒频率参数的条件下,仍具适用性。计算机仿真结果证实了该方法的有效性。

时延、到达角及多普勒频率联合估计新方法

针对多目标回波时延、到达角和多普勒频率估计在一维和二维算法的局限性,利用照射信号的周期重复性建立了具有旋转不变结构的阵列接收信号模型,并将PRO-ESPRIT算法应用于该信号模型,通过新模型中的旋不变因子及其对应的特征向量估计得到了各多普勒频率、时延和到达角参数,从而验证了该方法的有效性。

DS-CDMA系统多普勒、时延及信道的联合估计方法

针对多用户长码、带限DS-CDMA上行链路系统中存在的大多普勒频偏、多径时延及多径信道复增益等参数的联合估计问题,推导出基于根升余弦成型的多普勒、时延、多径衰落信道共同作用下的长码、带限多用户DSCDMA上行链路接收信号模型,将信号表示为仅由导频及多普勒决定的可逆矩阵以及由时延和信道复增益决定的带限多普勒加权复合信道响应.提出一种基于此模型的非结构化间接估计算法即导频辅助下波形匹配-最小二乘并多级网格搜索算法,估计多普勒频偏及复合信道响应,并通过复合信道响应及基于波形匹配的贪婪算法估计时延和信道复增益.对本文算法进行蒙特卡洛仿真,仿真结果表明,在大多普勒条件下,本文算法可对时延、多普勒、信道复增益有良好的估计性能.

基于谱相关可分维多普勒频移－时延联合估计

推导了多普勒频移对谱相关特性的影响，提出了一种基于谱相关可分维多普勒频移－时延联合估计方法。新方法把二维搜索变为两个一维搜索，减少了计算量。仿真结果表明，该方法是切实可行的。

基于联合加权的广义二次相关时延估计算法

现有的时延估计算法在低信噪比条件下时延估计值与真实值误差较大,而时延估计的准确性直接影响声源定位的最终结果,于是提出一种联合加权的广义二次相关时延估计算法。通过在已有的广义二次相关算法的基础上,对其加权函数进行改进,联合相位变换(PHAT)和平滑相干变换(SCOT)函数,得到新的广义加权函数:SCOT/PHAT。在MATLAB中设计了基于麦克风阵列的时延估计和声源定位的仿真,并与传统的PHAT加权和基于广义二次相关的SCOT加权算法对比,结果表明,在低信噪比环境下,改进算法能得到较高的时延估计精度。

多普勒方位联合估计的蒙特卡洛算法

目标回波的多普勒和方位参数能体现目标的重要特征.本文从参数的最大似然估计出发,采用非线性来放大似然函数并构造一个新的代价函数,该函数能更明显区分局部和全局最佳值.针对新代价函数的复杂形式,我们提出了基于蒙特卡洛的重要性采样方法来求解最佳值,并给出了重要性函数的一种选取方法.该方法不仅在低信噪比和小样本数条件下性能良好,而且各个参数自动配对并适用于任意的已知阵型.与已有的基于子空间的联合估计算法的仿真比较表明,本文提出的算法在性能上非常接近参数估计的CRLB.

双扩展水声信道的时延多普勒域稀疏估计

利用双扩展水声信道在时延-多普勒域存在的稀疏结构,将信道估计转化为压缩感知框架下的稀疏恢复问题可改善估计性能。但是,稀疏恢复经典方法如l_1范数、近似l_0范数无法适应水声信道时延-多普勒域稀疏度的动态变化,而匹配追踪（Matching pursuit,MP）、正交匹配追踪（Orthogonal Matching Pursuit,OMP）等贪婪类算法则存在着易进入局部最优解、二维搜索导致运算复杂度高等问题。提出在时延-多普勒域稀疏恢复的目标函数中引入非均匀范数约束（Non-uniform Norm Constraint,NNC）,即在时延-多普勒域信道响应中根据每个时延-多普勒域位置的幅值分别分配为l_0或l_1范数约束,因而可通过不同范数约束组合的方式适应不同的时延-多普勒域稀疏度;同时,通过对非均匀范数代价函数进行梯度下降迭代求解并将梯度解投影至解空间推导了非均匀范数稀疏恢复的迭代求解方法,从而实现双扩展水声信道时延-多普勒估计。数值仿真和实验数据处理表明该算法相对经典方法有较明显的性能改善。通过仿真、海上水声通信实验结果可获取结论,利用时延-多普勒域稀疏特性的信道估计方法结合均衡器可有效提高双扩展信道条件下的水声通信性能。

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。

一般阵列误差情况下信号二维方向角和多普勒频率的联合估计

针对平面阵列 ,推导出基于一般阵列误差模型的信号时空DOA矩阵 ,采用总体最小二乘法 (TLS)估计出多个信号的方位角、俯仰角和多普勒频率 ,解决了大多数估计算法的性能因阵列误差而严重下降和“频率兼并”问题。此算法对噪声不敏感 ,不需进行谱峰搜索。仿真结果表明了此算法的有效性。

基于自适应核时频分布的多普勒频移及多径时延估计

对修正时频相关函数多径时延估计法作了改进 ,提出了两种基于自适应核时频分布的LFM脉冲声纳目标回波多普勒频移及多径时延的联合估计方法。即首先利用目标回波及发射信号的先验信息 ,构造抑制交叉项的时频分布 ,再利用 WVD峰值法及 Radon- Wigner变换法进行参量估计。最后 。

LFM脉冲雷达的宽带回波多普勒频移和时延联合估计

针对LFM脉冲雷达的宽带回波信号的多普勒频移和时延估计问题进行了研究。分析了发射信号与回波信号的互相关特性，对其相关函数进行了修正处理，在此基础上提出了基于修正的循环相关函数包络的多普勒尺度参数估计算法，然后构造二次项消去函数，得到回波信号的单频信号，进而得到了回波时延参数的估计。该方法能有效地估计回波信号的多普勒尺度和时延参数。最后利用计算机进行了仿真实验，验证了该算法的有效性。

无源定位中时延与多普勒估计的去耦性分析

本文从时延估计的Fisher矩阵的最基本概率表达式入手，利用Toerlitz矩阵性质，对无源定位中时延、多普勒及其更高阶导数联合估计的Fisher矩阵的性质进行分析。其结果表明由离散的时域采样信号进行的时延与多普勒估计是不耦合的，而且并不需要文献[1，4]引入的观测时间远大于信号相关时间的约束条件。

基于多普勒域补偿的车载雷达距离角度联合成像算法

高性能、高分辨率单快拍前视成像技术是赋能车载雷达发展的关键,但距离/多普勒走动问题会限制相干积分的实施,同时系统分辨率也往往受限于硬件参数难以提高。根据车载毫米波雷达时分多输入多输出(TDMMIMO)的前视成像体制,该文提出多普勒域补偿和点对点回波校正方法,完成多域信号解耦合,同时完成距离多普勒走动校正和多普勒解模糊。由于有限阵元数及强噪声干扰限制了传统单维度距离角度成像准确性,因此,该文提出一种基于改进贝叶斯匹配追踪方法(IBMP)的多域联合估计算法。该方法基于伯努利-高斯(BG)模型,在最大后验(MAP)准则约束下迭代更新估计参数和支撑域,实现了多维联合信号的高精度重构。仿真和实测结果表明该文方法能够有效解决距离走动问题,并提高雷达前视成像的角度分辨率,具有较强噪声鲁棒性。

组合时延估计及人工时延方法用于脉冲相干多普勒测速去模糊

提出了一种改进的脉冲相干多普勒测速的速度模糊消除方法,将待测速度空间以两倍最大可测速度的间隔划分为一系列速度区间,使得对任意速度的测量转化为对速度区间的确定和区间内速度偏移量的测量,通过＂相关-相位＂组合法进行精确时延估计,实现无模糊速度测量;提出＂人工时延＂的方法,消除在速度区间边界值附近可能存在的速度跳变;与传统的速度解模糊方法相比,该方法仅需要对多次人工时延的方案进行计算,无需多次测量,且理论上不受流速范围的限制;通过仿真和实验对该方法的有效性进行了验证。

面向OTFS的时延-多普勒域信道估计方法综述

为了在高移动性场景中提供稳定可靠的通信服务,6G系统可考虑基于时延–多普勒(DD)域的正交时频空间(OTFS)作为其调制方案。OTFS通过将发送符号映射到DD域,再将其二维变换到时间–频率(TF)域,使所有发送符号具备获取时频全分集的潜力,有效提高了双选择性信道下的通信性能。由于DD域等效信道具有很多良好性质,现有OTFS信道估计方法大多在DD域完成。考虑实现思路的差异和算法应用场景的区别,已有面向OTFS的DD域信道估计方法被划分为3类并进行综述。最后总结分析了当前DD域信道估计方法的挑战及潜在解决思路。

改进传播算子的角度和多普勒频率联合估计算法

在角度和多普勒频率的联合估计中,针对传统传播算子算法在低信噪比下精度差的问题,提出了一种改进传播算子算法。该算法首先利用时域平滑技术得到扩展流型矩阵,并使用传播算子矩阵的平移不变性获得角度的粗略估计;然后,构造与扩展流型矩阵具有正交关系的新传播算子矩阵,并以此建立2维优化问题的目标函数;最后,引入导向矢量的Frobenius范数约束,将2维优化问题转换为1维优化问题,通过1维局部搜索获得角度和多普勒的精确估计。本文算法不需要对协方差矩阵进行特征值分解,角度和多普勒估计结果可以自动配对。仿真实验表明,本文算法有较高的估计精度和分辨率。

适用于任意阵列的多径信道二维方向角与相对时延的联合估计方法

在多径传输的情况下 ,经常需要估计各路径的二维波达方向角度及相对时延 .本文给出了在信道冲激响应可以估计的前提下 ,一种基于波达方向矩阵法的二维方向角与相对时延的联合估计方法 ,该方法充分利用了已知的信号码形信息 ,给出了一种无需进行搜索的闭式解 ,与基于多维MUSIC或多维ESPRIT的方法相比 ,具有运算量小的优势 .

一种新的盲联合角度-时延估计方法

提出一种新的盲联合角度-时延的估计方法,对阵列天线输出的过采样样本的Fourier变换后信号进行分析,结果表明,此信号具有三线性模型特征.为此,提出一种改进的三线性交替最小二乘(ITALS)算法,对波达方向(DOA)和时延联合估计.该算法利用方向矩阵和时延矩阵的Vanderm onde特征、基于最小二乘原理对方向矩阵和时延矩阵进行重构,以及对DOA和时延估计.仿真结果表明,ITALS方法具有较好DOA和时延联合估计性能,且在过载系统下仍有较好的性能.ITALS方法随着天线数增加联合估计性能变好;而且该方法无须信道衰落系数,是一种盲、鲁棒的联合处理方法.