虚拟阵列变换法解相干信号MUSIC算法研究

在无线电通讯领域,因为经常遇到多径传输与反射等因素,必须考虑相干信号源的存在。提出一种基于虚拟阵列变换方法的解相干信号的MUSIC算法。利用这种算法,在较低信噪比和较少采样快拍情况下,可以利用M个阵元的阵列来探测M-1个相干信号源。计算机仿真结果表明该方法可以增加阵列的信号探测能力,提高阵列的相干信号探测性能。

分数阶傅里叶变换与虚拟阵列相结合的波达方向估计

针对常规的MUSIC、ESPRIT算法不能估计宽带线性调频(LFM)信号、相干LFM信号和平滑技术解相干在低信噪比下精度不高的问题,提出了一种基于分数阶傅里叶变换(Fractional Fourier Transform,FRFT)与虚拟阵列变换法相结合的宽带相干LFM信号的波达方向(DOA)估计方法。该方法首先将天线阵的观测信号变换到分数阶Fourier域(FRF域),把时域时变的方向向量转化为FRF域时不变的方向向量,然后构造FRF域的阵列信号相关矩阵,用虚拟阵列变换法对相干信号进行解相干,再用ESPRIT算法进行波达方向估计。理论分析和仿真结果表明:在较低信噪比和较少采样快拍时,不仅能实现更准确的DOA估计,而且不损失阵列的孔径,使N个阵元中可估计相干信号源数目达N-1个,提高了阵元数的利用率。

基于虚拟阵列变换和修正MUSIC算法的相干源测向

文中在建立了相干信号源数学模型的基础上,利用虚拟阵列变换思想和修正 MUSIC 算法实现了对相干信号源的方位估计。经计算机仿真,证明了该方法的有效性。

解到达角估计模糊的二次虚拟阵列变换

引入非均匀时延构造虚拟阵列变换的变换矩阵,提出一种基于二次虚拟阵列变换的到达角估计方法。该方法利用非均匀时延间隔的随机性,每一次快拍下都等效于随机改变虚拟阵元的阵元间隔,突破了空域采样定理的限制,解决了在使用较大阵元间距条件下到达角估计的模糊问题。同时增大的阵元间距也提高了估计的精度和分辨力。进一步的实验表明,该方法是可行的、有效的,且能改善小信噪比条件下的估计精度。

基于虚拟阵列变换的相干源测向方法

针对传统空间谱测向方法对相干信号源测向失效的实际问题,提出了一种基于任意形状平面阵列的测向方法。该方法在建立了相干信号源数学模型的基础上,对虚拟阵列变换思想进行了分析,给出了采用虚拟阵列变换原理和MUSIC算法实现了对相干信号源DOA的估计,提高了测向性能。经仿真试验和理论分析,验证了算法的可行性,并分析了该算法的适用局限性。

冲激噪声背景下基于虚拟阵列变换的DOA估计

目前,大多数的DOA(direction of arrival)估计算法是应用在高斯噪声环境下的.随着冲激噪声的应用越来越广泛,利用虚拟阵列变换的方法,解决了在冲激噪声背景下对任意阵列进行DOA估计的问题.该方法将任意阵列虚拟成等距均匀线阵,使其阵列流型具有Vandermonde矩阵形式.然后结合分数低阶矩的特点,利用FLOM-MUSIC算法对来波方向进行有效的估计.经计算机仿真,证明了该方法的有效性.

基于内插阵列变换的相干源测向方法研究

利用内插阵列变换和前/后向空间平滑技术在阵列信号处理中的优点,提出了一种对相干信源进行超分辨测向的有效方法.该方法首先在不同的内插区间将均匀圆阵虚拟成等距均匀线阵,使其阵列流型具有Vandermonde矩阵形式,然后使用基于前/后向空间平滑技术的MUSIC算法对相干信号的波达方向进行有效地估计.该方法的主要优点在于,当相干信源数多于阵元数时仍可有效地估计出相干信源的二维波达方向,并且可实现全方位、无模糊的角度估计.计算机仿真证明了其有效性.

虚拟阵列测向性能分析

针对相干信号源测向以及模糊的实际问题,提出一种基于任意形状平面阵列的测向方法。经计算机仿真,证明该方法的有效性。

DPT和虚拟阵列相结合的相干NLFM信号的DOA估计

针对无线电通信领域中经常遇到多径传输和反射因素的现象,必须考虑宽带相干信号源的存在。提出一种离散多项式相位变换(DPT)与虚拟阵列变换法相结合的相干非线性调频(NLFM)信号的波达方向(DOA)估计方法,并对其中的算法做了对比、分析和改进。解决了常规MUSIC、ESPRIT算法不能估计宽带信号、相干信号的问题,不仅能更准确地进行DOA估计,而且不损失阵列的孔径,提高了阵元数的利用率。同时还提出了当两个信号源很近的情况下的角度估计算法。仿真实验证明了该算法的有效性。

一种基于导向矢量变换的DOA估计预处理方法

针对大多数空间谱估计算法在目标数量大于阵列自由度时失效这一问题,该文基于内插阵列变换思想,提出一种基于导向矢量变换的空域滤波方法。利用目标分布的先验信息,将观测空间划分为若干子空间,保证每一子空间内的目标数量小于阵列自由度;使用内插阵列变换方法,将整个观测空间的导向矢量变换为子空间的导向矢量,抑制子空间外的目标,从而将观测空间内大量目标的DOA估计问题转化为若干子空间内的常规DOA估计问题。计算机仿真结果验证了方法的有效性。

虚拟阵元解模糊的可行性分析

针对稀布阵的测向模糊问题,该文以虚拟阵列变换法和基于最小二乘估计的虚拟阵元法为例,从理论上分析了虚拟阵元法解测向模糊的可行性,并通过大量仿真实验加以验证,得出虚拟阵元的接收数据的产生依赖于实际阵元的变换区间,在这种情况下虚拟阵元法并不能有效的解模糊。

均匀圆阵来波方向估计的解模糊算法

均匀圆阵在半径大于半波长的情况下,由于来波方向(DOA)估计模糊会导致测向性能下降,为解决这一问题,提出了一种新算法.通过调整阵列中某阵元为小半径阵元,可以打破来波方向估计中虚假角度和真实角度形成的导向矢量近似或者相同的平衡,实现对来波方向估计中模糊伪峰的抑制.通过应用虚拟阵列变换方法,解决了该算法需要改动原有天线阵列结构的实际问题.仿真结果表明该算法可以有效抑制伪峰,实现在大半径条件下均匀园阵对于来波方向的准确估计.

一种高性能的二维波达方向估计算法

在二维虚拟ESPRIT算法的基础上,提出了一种高性能的改进算法。改进方法依照子阵数据直接空间平滑的思想对子阵数据进行预处理,用虚拟阵列变换技术实施阵列变换,采用波达方向矩阵法的思路计算二维角度参数。仿真结果表明,相比于空域平滑的DOA矩阵法和空域平滑的二维虚拟ESPRIT算法,该方法在低信噪比情况下对相干信号源具有更好的估计性能,对独立信号源,能够估计出超过子阵阵元数的信号。

基于非均匀采样的空间谱估计

文中引入非均匀采样对阵列通道进行建模,提出一种基于阵列非均匀采样的DOA估计方法.该方法利用非均匀采样的时间间隔随机性,每一次快拍都等效于随机改变空间阵元的间隔,相当于基于虚拟阵列变换得到一个时变的自适应的虚拟非均匀阵列结构.基于阵列非均匀采样的空间谱估计能突破空域采样定理的限制,使用较大的阵元间距检测出来波方向,克服了均匀采样条件下阵元间距增大引起的角度模糊现象,而且增大的阵元间距也提高了空间谱估计的分辨率和精度.进一步的实验表明该方法的有效性并改善了小信噪比条件DOA估计精度.

基于ANM的非均匀圆阵二维DOA估计

传统的基于原子范数最小化(Atomic Norm Minimization,ANM)的波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计算法无法直接应用于不满足范德蒙德结构的非均匀圆阵,针对这一问题提出了一种基于虚拟阵列变换的改进方法。以某非均匀圆阵作原始阵列为例,首先通过虚拟阵列变换处理原始阵列接收的数据,使其转换为虚拟的均匀L阵接收数据,将非均匀圆阵上的DOA估计问题转化为两个均匀线阵上的DOA估计问题,再利用基于ANM的DOA估计算法与L型阵的二维角度关系还原出方位角和俯仰角。通过仿真与实测实验验证了所提算法应用于非均匀圆阵的可行性,并分析其DOA估计结果,证明其拥有较高的估计精度。

基于双弧阵的反卷积波束形成

如何快速、准确地判断出水下目标的位置,是水下目标定位一直追求的结果。目前的被动声定位主要使用波束形成,但是实验中使用的波束形成存在稳健性足够但是角度分辨力不足的问题。为了权衡稳健性与高分辨之间的性能,提出一种基于双弧阵的反卷积波束形成方法。将双弧阵经过虚拟阵列变换预处理再进行反卷积波束形成,从而将仅适用于移不变阵型反卷积波束形成应用在移变阵型中。仿真实验结果表明,双弧阵经过虚拟阵列变换预处理后可以使用反卷积波束形成进行准确的方位估计,而且存在相干信号时,该方位估计方法也可以正常使用。