低快拍下混合信号DOA快速估计算法

实时定位移动设备在电子对抗系统中至关重要,其性能主要取决于波达角(direction of arrival,DOA)的估计速度。低快拍是快速DOA估计的先决条件。目前基于稀疏重构算法的DOA估计具有适应低快拍的优势,但估计精度受限于初始观测矩阵,且估计速度受限于观测矩阵高维度的多次迭代。为此,提出一种空间差分矩阵和稀疏重构耦合的低快拍下高精度快速估计算法。首先利用空间差分矩阵消除非相干信号和噪声对相干信号估计结果的影响,提升初始观测矩阵的准确度;然后对完备字典做前后空间平滑处理,克服高维度信号处理复杂难题,实现快速估计;最后分别估计非相干信号和相干信号。仿真验证结果表明,相比稀疏重构方法,所提方案初值敏感度显著降低,在保障精度相当甚至小幅度提升的前提下,运行时间复杂度降低50%以上。

基于酉重构子空间的一维DOA估计

针对多重信号分类(multiple signal classification, MUSIC)算法在低阵元数目、低信噪比和小节拍数等非理想条件下,对入射间隔较小的信号波达方向(direction of arrival,DOA)估计有效性的问题,提出了改进的基于酉重构子空间的MUSIC算法。该算法首先利用酉变换将均匀线阵接收数据实数化,然后根据子空间特征向量的大小,重新构造子空间和校正矩阵得到新的空间谱函数,最后与信号子空间投影算法联合,实现DOA估计。仿真结果表明,与传统MUSIC算法和SSP算法相比,所提算法在低阵元数目、低信噪比和小节拍条件下具有更好的分辨率。

针对相干信号DOA估计的改进MUSIC算法

针对相干信号波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计,提出了一种改进的多重信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)算法。首先,利用信号协方差矩阵的两个最大特征值所对应的特征向量,构造出两个Toeplitz矩阵;然后,利用前后向空间平滑思想得到这两个矩阵的无偏估计并求和;最后,利用MUSIC算法从中估计出相干信号DOA。和已有方法相比,该方法无需损失阵列孔径且具有更优的DOA估计性能。

基于TLS-ESPRIT的改进空间平滑相干信号DOA估计算法

由于噪声的存在,现有的相干信号波达方向估计算法在低信噪比、小快拍数和小信号间隔条件下,性能下降严重。针对这一问题,本文提出一种基于总体最小二乘法——旋转不变子空间(Total Least Squares-Estimating Signal Parameter via Rotational Invariance Techniques,TLS-ESPRIT)算法的改进前后向空间平滑方法,对相干信源波达方向(Direction of Arrival,DOA)进行估计。该方法利用了信号的强相关性和噪声的弱相关性,通过时空相关协方差矩阵重构平滑后的阵列协方差矩阵,并将得到的新协方差矩阵应用于TLS-ESPRIT算法进行DOA估计。通过与其他几种传统的解相干算法建模仿真对比,该算法在相干源之间的DOA距离较近、信噪比(Signal Noise Ratio,SNR)较低和快拍数较小的情况下可以更好地估计波达方向,且具备更高的分辨率和精度。

基于ResNet的和差共阵DOA估计

传统互质阵列的差分共阵存在“空洞”,即缺少一些虚拟阵列元素。论文采用和差共阵形成更大尺寸的连续虚拟阵列,保留了传统的互质阵列配置,同时,将残差网络(ResNet)应用于到达方向(DOA)估计算法。论文采用的算法先将和差共阵输出的空间平滑矩阵处理后,得到特征数据,然后输入到ResNet中,将DOA估计转变为特征数据和DOA之间的非线性映射关系。通过ResNet对信号分类来实现DOA估计,相比于传统的互质阵列,基于ResNet的和差共阵DOA估计算法具有更强的准确性和适应性。

基于矩阵重构的非等功率相干信号DOA估计

针对功率相差较大和角度相隔较小的相干信号的波达方向(DOA)估计问题,提出一种基于Toeplitz矩阵重构的不变噪声子空间算法。对各个阵元的接收数据与参考阵元接收数据的相关函数进行排列,构造满秩的Toeplitz矩阵;引入虚拟信源优化Toeplitz矩阵,利用其不变噪声子空间特性估计信号波达方向。仿真结果表明该算法可以准确估计出功率相差40 dB、角度相邻2°的相干信号DOA,较空间平滑类算法具有更高的成功率与更强的分辨率。

基于空频域稀疏表示的宽频段DOA估计

该文提出一种基于空频域稀疏表示的宽频段波达方向(DOA)估计方法,解决稀疏表示方法在宽带接收机对窄带信号的频率和角度估计中的难题。用空间频率代替频率和方位角的2维组合构建过完备字典,字典的长度仅相当于窄带信号DOA估计的字典长度,却能覆盖整个无模糊频段,大大降低了稀疏分解的计算量。该方法首先在频域估计信号的准确频率,根据频域峰值的位置构建频域峰值协方差矩阵。对频域峰值协方差矩阵进行特征分解,利用主特征向量建立稀疏模型估计信号的DOA。算法在低信噪比下具有较高的估计精度,仿真实验和分析验证了该文方法的正确性和有效性。

基于空域稀疏性的嵌套MIMO雷达DOA估计算法

针对传统MIMO雷达可分辨目标数受限于虚拟阵元数的问题,该文提出一种基于嵌套阵的MIMO雷达阵形设计新方法并改进了相应的稀疏DOA估计算法。首先分析对传统MIMO雷达的虚拟阵元进行嵌套采样给DOA估计性能带来的影响;然后提出嵌套MIMO雷达阵形设计方法,在虚拟阵元数相同的情况下,该阵形比传统阵形分辨更多的目标;最后提出一种基于空域稀疏性的嵌套MIMO雷达改进DOA估计算法,该算法使用噪声子空间加权,在提高分辨率的同时可以有效消除伪峰。仿真结果验证了该文算法的有效性和优越性。

基于分数阶傅里叶变换的宽带LFM相干信号二维DOA估计

在分数阶傅里叶(FRF)域从离散角度推导了二维DOA估计数学模型,并在此模型基础上提出基于分数阶Fourier变换的二维相干信号DOA估计新算法。该方法利用分数阶傅里叶变换良好的能量聚集性,在分数阶傅里叶(FRF)域构造前后向空间平滑DOA矩阵。通过对DOA矩阵进行特征值分解,估计信号子空间和噪声子空间,由信号子空间的特征值和特征向量得到宽带LFM相干信号的二维到达角,避免了二维谱峰搜索和交叉项,也无需参数配对。理论推导与实验仿真验证了算法的有效性。

提高空间谱算法分辨率的DOA估计

针对传统MUSIC算法在低信噪比,小快拍数等非理想条件下分辨率下降的问题,提出了改进的基于子空间投影的MUSIC测向算法.该算法充分利用子空间信息,采用新的特征值校正方法对噪声子空间进行加权,并与加权信号子空间投影进行空间谱合成,得到新的空间谱函数.搜索函数极大值,就能得到来波方向.新方法既保留了噪声子空间算法的高分辨性能,又保留了信号子空间算法的稳定性.计算机仿真和实测数据表明新方法有效.

基于阵列基线旋转的多目标DOA估计算法

传统均匀圆阵波达方向(direction of arrival,DOA)估计算法要求天线数目多于目标数量,易受阵列的通道不一致性影响。针对此问题,引入阵列基线旋转这一思想对多目标进行测向。通过旋转两天线阵列基线,并以固定的时间延迟对阵元的接收数据进行采样,相当于利用有限的两个阵元对目标进行多位置观测,增加了阵元的利用率,提高了DOA估计的测向精度。计算机仿真实验表明,该算法采用两阵元就可以实现多目标测向,其测向性能与基于均匀5元圆阵的传统多重信号分类算法相当,具有对多通道间相位不一致鲁棒性强的优点。

基于累积量的二维DOA估计的特征向量算法

本文提出一种基于累积量的二维 Ｄ Ｏ Ａ 估计特征向量算法（ Ｃ Ｅ Ｖ Ａ Ｃｕｍｕｌａｎｔ ｂａｓｅｄ Ｅｉｇｅｎ Ｖｅｃｔｏｒ Ａｐｐｒｏａｃｈ） ．算法能同时确定目标的仰角与方位角；空间平滑累积量使算法能更有效抑制高斯空间有色噪声．本文证明了，通过对累积量的选择，算法还可抑制非高斯空间白噪声．仿真实验证明了该算法明显优于 Ｍ Ｕ Ｓ Ｉ Ｃ 算法．

利用时空平均法改善DOA估计性能

在信号子空间类DOA估计算法中 ,自相关矩阵估计的优劣决定了DOA估计的性能 ,但是常规自相关矩阵估计方法是对阵列输出信号做时间平均。然而对于均匀线列阵这一特殊阵型 ,其阵列输出自相关矩阵的具有To eplitz结构。根据均匀线列阵信号的时空平稳特性 ,本文提出一种时空平均的方法来改善自相关矩阵的估计质量 ,即对阵列的自相关矩阵做时间和空间两次平均 ,从而提高了DOA估计的性参 ;仿真结果表明

二维DOA估计的高分辨阵列(HRA)

基于二维DOA估计问题 ,研究了阵列天线的空间滤波性能 ,提出了二维DOA估计的高分辨阵列 (HRA)模型 ,使有限的阵元具有最佳的空间分辨力。计算机仿真结果表明 ,本文提出的HRA明显优于传统阵列。

基于空域平滑稀疏重构的DOA估计算法

该文提出一种基于空域平滑稀疏重构的DOA估计算法,利用空域平滑理论对协方差矩阵进行处理,然后通过KR积变换改变其结构,并对变换后的矩阵进行稀疏重构获得角度估计。此外,该文还给出了两种不同的目标函数误差求解方法。从仿真实验可以看出,该算法与传统的基于压缩感知理论的DOA估计算法对比,明显降低了运算量,且对于相干和非相干信号的处理性能均有所提高,在低角度间隔、低信噪比和低采样数条件下优势更为突出。

相干信号源DOA估计改进ESPRIT算法研究

在目标方位估计(DOA)的众多算法中,ESPRIT是一种运算速度快、精度高的常用算法,但它不能解相干信号。提出一种基于观测数据直接空间平滑的改进型ESPRIT算法,解决了常规ESPRIT算法不能解相干、对信噪比要求高等问题。该方法适用于所有信号(非相干和相干信号)的目标方位估计。

子空间投影DOA估计算法分析及合成空间谱

针对子空间投影波达方向(DOA)估计方法在非理想条件下性能下降的问题,提出利用加权信号子空间投影和噪声子空间投影获得合成空间谱的DOA估计方法。从不同空间投影矩阵的角度对多种基于特征分解的子空间投影DOA估计方法进行归类分析,在分析的基础上通过对信号子空间投影采用主特征值倒数加权,并与常规噪声子空间投影进行空间谱合成对多目标进行分辨。合成空间谱在低信噪比、小快拍数和非等强多目标条件下具有优良的目标分辨能力和稳健性。理论和统计性能分析表明其性能优于多重信号分类(MUSIC)和信号子空间模变MUSIC(SSMUSIC)方法,有较高的工程应用价值。

基于压缩感知的宽频段二维DOA估计算法

针对2维DOA估计问题,该文提出一种基于压缩感知(CS)的宽频段2维DOA估计算法,能够同时得到多个窄带信号的中心频率、方位角和俯仰角。首先利用方位向和俯仰向的空间频率分别建立过完备稀疏字典,然后通过对阵列接收数据的压缩采样得到空间频率的高分辨估计,最后通过空域滤波实现中心频率、方位角和俯仰角之间的匹配。理论分析表明,该算法具有较高的估计精度与分辨力,对信噪比(SNR)要求不高,无需多维搜索过程,且经过压缩采样降低了运算量。仿真结果验证了算法的正确性与有效性。

基于四阶累积量的空域矩阵滤波DOA估计算法

空域矩阵滤波器通过保持空域通带内的信号,抑制空域阻带内的干扰与噪声来提高DOA(Direction Of Arrival)估计的精度。本文使用二阶锥规划(Second-order Cone Programming)方法设计空域矩阵滤波器,利用滤波后数据的四阶累积量进行信号源到达角估计,以消除空域矩阵滤波作用时产生的色噪声的影响,从而提高信号源DOA估计的性能。此外,通过滑动空域矩阵滤波器的通带,还使得阵列具有估计多于阵元数目信号源到达角的能力。计算机仿真结果验证了算法的有效性。

空间非平稳高斯噪声背景下混合信号的DOA估计

针对空间非平稳高斯噪声背景下混合信号的DOA估计问题,提出了基于四阶累积量对混合波源的DOA估计算法。该算法首先构造四阶累积量矩阵,利用类似ESPR IT方法估计出所有非相关信源的DOA,然后对四阶累积量进行修正空间差分平滑去相干,消除非相关源和空间非平稳高斯噪声的影响,从而实现了对相干源的DOA估计。此方法通过分别估计非相关和相关或者相干信号的DOA,能够以较少的阵元实现对多个信号DOA估计,最后仿真实验也验证该算法的有效性。