高斯色噪声下基于2 q阶嵌套MIMO阵列的DOA估计算法

首先将2 q阶嵌套阵与多输入多输出(MIMO)体制相结合,实现发射和接收阵列阵元位置的联合优化;随后通过计算2 q阶累积量矩阵并矢量化得到虚拟的2 q阶“和差联合阵列”,在实现有效自由度(DOF)扩展的同时消除高斯色噪声的影响;最后基于矢量化后的数据采用空间平滑MUSIC算法实现波达方向(DOA)估计。仿真结果表明:与经典的2 q阶MUSIC算法和基于2 q阶嵌套阵的DOA估计算法相比,基于2 q阶嵌套MIMO阵列的DOA估计算法在高斯色噪声下具有更高的精度和分辨率。

一种基于数据矩阵重构的相干信源二维测向新方法

传统的二维波达方向估计算法在相干信源背景下性能会急剧下降甚至失效.针对相干信源的二维波达方向估计问题,提出了一种新的波达方向矩阵法——基于数据矩阵重构的波达方向矩阵法(DMR-DOAM).该算法利用阵列接收数据之间的互相关信息,构造两个Toeplitz矩阵形式的等效协方差矩阵,通过对新的波达方向矩阵一次特征值分解,即可实现解相干和二维波达方向估计.该算法保留了原波达方向矩阵法无需二维谱峰搜索与参数配对的优点,且由于构造的等效协方差矩阵只使用了原协方差矩阵的中间列元素,因此计算量小,实现简单.理论分析与数值仿真均验证了算法的有效性.

非圆信号二维DOA和初始相位联合估计方法

针对传统联合估计方法计算量大、需要多维谱峰搜索的问题,该文提出了一种基于垂直阵列结构的任意初始相位非圆信号2维DOA(Direction Of Arrival)和初相联合估计方法,利用垂直阵列特点,将3维参数估计问题转化为可并行处理的3个2维参数估计,在每一个子阵上,同时使用噪声子空间正交性和信号子空间旋转不变性,将2维参数估计进一步转化为1维估计问题,最终只需要对扩展协方差矩阵进行一次特征分解即可实现2维DOA和初相的联合估计及自动配对。该方法适用于空间信源处于过载的情形和低信噪比、短快拍环境,可估计信源数为2(M-1)。数值仿真验证了该算法的有效性。

基于L型阵列MIMO雷达的DOA矩阵方法

首先提出一种基于波达方向(direction of arrival,DOA)矩阵思想的L型阵列多输入多输出(multi-ple input multiple output,MIMO)雷达二维角度估计方法。通过将L型阵列MIMO雷达所产生的二维虚拟平面阵列划分为两个子阵,并构造估计矩阵以实现二维角度估计。在此基础上,针对角度兼并问题,进一步提出联合对角化DOA矩阵方法。该方法通过构造4个子阵,并采用联合对角化方法估计目标二维角度。该方法在保持原DOA矩阵法无需二维谱峰搜索和参数配对等优点的基础上避免了角度兼并问题,能够减少阵列孔径损失,有效提高阵元利用率和角度估计精度。仿真实验验证了所提方法的有效性。

基于噪声子空间映射的二维波达角快速估计算法

为了降低二维MUSIC(Two Dimensional Multiple Signal Classification,2-D MUSIC)算法的计算量,提高算法的实时处理能力,基于噪声子空间映射思想提出了一种适用于任意平面阵列结构的二维波达角(Direction Of Arrival,DOA)快速估计算法.新算法利用空间角度划分及非线性变换将信号子空间与噪声子空间的正交性等价地压缩至某个角度分片内,使得真实DOA在该角度分片内产生虚拟镜像,通过搜索该角度分片得到虚拟DOA,最后利用数学式直接计算得到真实DOA.理论分析和实验结果表明新算法能够成倍地提高DOA估计的速度,同时具有比MUSIC算法更高的空间分辨率.

采用Radon-Wigner变换的二维波达方向估计

针对宽带多线性调频信号2维波达方向(2-D DOA)估计精度低的问题,该文提出了一种基于Radon-Wigner变换(RWT)的2-D DOA估计方法。该方法利用RWT在多目标环境下能够有效抑制交叉项干扰和噪声,具有很好的时频汇聚性特点,通过峰值搜索确定目标个数并重构信号阵列,最后利用MUSIC空间谱分析方法实现了对多个LFM信号的2-D DOA估计。仿真实验表明,基于RWT的DOA估计方法能对非平稳信号进行有效的2-D DOA估计。

利用单次快拍实现相干信源二维测向的新算法

针对复杂电磁干扰背景下相干信源二维波达方向的快速估计问题,根据垂直阵列系统特点,利用单次快拍数据在3个不同维度构造了数据矩阵实现解相干,并结合ESPRIT算法实现了二维DOA的快速估计.该算法仅利用单次快拍数据,不需要进行协方差矩阵的计算,并将二维DOA估计问题转化为3个一维DOA估计,可同时在3个维度并行处理,因此运算量大大降低,利于工程实现.针对算法存在阵列孔径损失和仅采用一次快拍数据量导致的估计误差偏大问题,利用非圆信号特征和同相位数据叠加,改善了算法的估计性能,提高了阵列自由度.数值仿真验证了本文算法及提高估计精度对策的有效性.

基于降维稀疏重构的相干信源二维DOA估计方法

直接将压缩感知(compressed sensing,CS)思想应用到相干信源二维波达方向(direction of arrival,DOA)估计中会带来高计算复杂度的问题。为了解决这一问题,提出了一种基于降维稀疏重构的二维DOA估计方法,该方法利用特殊阵列结构将二维冗余字典构建问题转化为一维冗余字典的构建,同时提出了一种基于子字典空间谱重构的配对算法,从而在极大降低算法计算复杂度的同时,提高了配对成功概率。仿真结果表明,该方法对相干信源具有接近于克拉美罗下界(Cramér-Rao lower bound,CRLB)的估计性能,即使是在低信噪比、少快拍数和小角度间隔的情况下,仍有良好的估计性能。

基于二维干涉式APES算法的分布式相参阵盲DOA估计

结合干涉雷达的天线结构和二维波达方向(direction of arrival,DOA)估计方法,提出一种基于二维干涉式幅相估计的分布式相参阵盲DOA估计算法。利用二维干涉式幅相估计算法的空间谱和模型阶数选择准则获得目标个数和目标方向余弦的粗估计;使用子阵间的相位中心偏移来获得目标方向余弦的精估计;针对分布孔径带来的测角模糊问题,采用双尺度解模糊算法实现分布式阵列的高精度方向估计。仿真结果验证了分布式相参阵的高精度测角性能及所提算法的有效性,也验证了分布阵DOA估计中存在基线模糊门限。

一种用于矩形阵列的二维波达方向估计方法

针对现有使用均匀矩形阵列或稀疏矩形阵列的二维无格波达方向估计方法的性能欠佳的问题,提出一种基于二阶特普利茨矩阵重构和二维旋转不变参数估计技术的无格波达方向估计方法。使用均匀矩形阵列或稀疏矩形阵列,对其接收信号的协方差矩阵进行二阶特普利茨结构表达,通过log-det稀疏测度与正定约束构造约束优化问题,并使用优化最小算法求解,最后通过二维旋转不变参数估计技术估计源的二维波达方向,即方位角与俯仰角。这种方法需要多次求解半定规划问题,计算复杂度相对较高,但能获得更好的波达方向估计性能。在仿真实验中,这种方法在均匀矩形阵列或稀疏矩形阵列条件下均有非常低的均方根误差,接近克拉美罗界,证明了其良好的波达方向估计性能。

立体十字型互耦阵列二维DOA估计及互耦自校正

针对常规十字阵子阵间互耦不易处理这一问题,设计一种立体十字型阵列,并在该阵列基础上,提出立体十字型互耦阵列传播算子(propagation method for tridimensional cross array in presence of mutual coupling,TCA-MC-PM)算法。该算法首先分别从子阵中选取部分合适阵元构成阵列,将理想导向向量与互耦系数剥离,利用信号子空间与理想导向向量张成同一空间这一关系估计方位角与俯仰角,接着通过子空间与秩损原理估算互耦系数,最后利用整个阵列的空间谱函数完成方位角和俯仰角的配对。在此过程中涉及的子空间都以阵列的传播算子构建,可避免特征分解,降低运算量。仿真表明,本文提出的算法不涉及空间谱搜索,运算量小,有效抑制互耦影响,测量精度高。

基于任意结构阵列的二维波达方向与频率联合估计

针对任意结构传感器阵列二维波达方向、频率三维参数联合估计问题,给出了一种基于DOA矩阵法的有效解决方案。经由特征分解同时得到信号频率与阵列流形矩阵的估计,通过考察相邻阵元之间信号传播时延的关系构造矩阵方程,并由求解矩阵方程直接给出二维波达方向的闭式解。该算法参数估计性能优越,计算量小,仅需要阵列满足空域采样定理的基本要求即可,具有广泛的适用性与实际的应用价值。理论分析与仿真实验都证实了这一结论。

一种基于自适应波束形成的导引头抗干扰方法

传统的反辐射雷达导引头天线通常具有较宽的波束,且具有固定的波束方向图,这就必然导致不同空域的目标辐射信号和干扰信号同时进入导引头接收系统,严重影响导引头的测向性能,无法适应未来复杂电磁环境下工作的需要。为此,提出一种基于自适应数字波束形成技术的主动抗干扰方法,并研究该方法在导引头系统中应用的可行性。仿真结果表明,采用该方法能够实现干扰抑制,所得结果对自适应波束形成技术在被动导引头系统中的应用具有启发意义。

L型阵列互耦条件下的二维波达方向估计

针对L型阵列,提出一种去互耦算法.该算法在L型阵列的两均匀线阵上分别取受互耦影响一致的阵元,则其理想导向向量可与互耦参数剥离,用其中一组阵元输出的协方差阵和两组阵元输出的互协方差阵构建矩阵,根据其传播算子构成的信号子空间和阵元导向向量张成同一空间以及均匀线阵的旋转不变特性得到两个与方向角和俯仰角相关的信息参量.在这两参量配对时,只需对包含信息参量的其中一个矩阵进行一次特征值分解以及简单的除法运算即可实现.理论和仿真表明,该算法无需谱峰搜索,只需一次特征分解,有效抑制了互耦影响,测量精度高.

一种相干分布式信号二维DOA快速估计方法

基于L型线阵,提出了一种估计相干分布源二维波达方向(DOA)的快速算法。通过对两组平移子阵的广义方向矢量做泰勒近似获得关于分布源中心DOA的两个旋转不变矩阵,利用传播算子法求解旋转不变矩阵从而估计出分布源的中心DOA。该算法避免了常规子空间算法中的谱峰搜索和对高维样本协方差矩阵做特征分解,显著降低了计算量。算法在小角度扩展情形下有优异的估计性能,且低信噪比时的估计性能优于一维交替搜索算法。此外,算法无需知道分布源的角分布形式,是一种盲估计。仿真结果验证了算法的有效性。

基于均匀面阵的酉ESPRIT算法在二维DOA估计中的应用

二维波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计是智能天线技术中的一个关键问题.在低信噪比、低快拍数条件下,常规DOA估计算法的性能会严重下降.针对此问题,提出了一种基于均匀面阵的酉ESPRIT算法.算法将复矩阵转化为实矩阵计算,使运算复杂程度简化,估计精度提高,且可实现参数自动配对,是一种比较高效的DOA估计算法.计算机仿真结果表明了所提算法在测向性能方面比常规DOA估计算法有更好的估计性能,且在低信噪比和低快拍数条件下估计性能不受影响,同时具有更小的运算量.

基于均匀圆阵模式空间和多重旋转不变子空间算法的完备二维DOA估计算法

为了在低运算量下提高均匀圆阵中二维测角的精度,提出一种基于圆阵模式空间和多重旋转不变子空间算法的二维波达方向估计算法。首先利用模式空间算法将均匀圆阵等效为虚拟均匀线阵,并利用贝塞尔函数的递推性质推导此种情况下阵列的旋转不变特性。然后根据虚拟线阵的结构提出一种简便有效的子阵划分办法,在此基础上得出阵列的多重旋转不变方程,并利用多重最小二乘准则得出其完备解,从而完成对信号二维到达角的估计,仿真实验验证了算法的有效性。

一种改进的卫星空时DOA矩阵算法

提出一种改进的基于信号空时特征结构的高分辨二维波达方向(DOA)估计方法——时空DOA矩阵方法。该方法在保持原时空DOA矩阵方法无需二维谱峰搜索和参数配对等优点的基础上,通过构造X轴上的平移不变子阵列,产生2个DOA矩阵,利用这2个DOA矩阵的角度兼并曲线的差异,解决了原时空DOA矩阵方法的角度兼并问题。由于2个子阵可以重复利用阵元,该方法基本无冗余阵元和孔径损失。仿真结果证明了该方法的有效性。

任意平面阵列的相干信号二维波达方向估计方法

相干信号的波达方向(direction of arrival,DOA)估计一直是阵列信号处理中研究的关键问题,但传统的算法受到阵列流型的限制。为了解决任意平面阵列对二维相干信号的DOA估计问题,提出了一种新的方法。首先利用信号的循环平稳特性构造数据协方差矩阵,再利用信号在极化域的差异来实现解相干。该方法具有噪声抑制的能力,无需空间平滑,不影响阵列孔径,并且对窄带信号和宽带信号均适用。仿真结果证明了该算法的有效性。

一种可自动配对的二维波达方向估计算法

针对非相关远场窄带信号,提出了一种基于L阵模型的低复杂度高分辨二维波达方向估计算法。该方法通过利用互相关矩阵以及L阵的几何结构,消除了附加噪声的影响,且对于方位角和俯仰角的求取仅仅需要一维估计,同时该算法只需对一个低维矩阵进行特征值分解,减少了运算负担,该算法利用特征值求取俯仰角,利用相应的特征向量构造出的虚拟阵列响应矩阵求取与俯仰角配对的方位角。仿真进一步证明了算法的有效性,通过仿真还可以看出,该文所提方法在低信噪比、小快拍数和较小角度间距的情况下都具有良好的性能。