混合阵列误差校正与快速极化MUSIC算法

为解决通道不一致性对传统极化敏感阵列长矢量模型的测向精度影响及传统长矢量多重信号分类(multiple signal classification,MUSIC)算法实时性不高的问题,本文在传统极化敏感测向系统基础上,在阵列中心增加一个标量平面螺旋天线,利用其天线方向图的增益稳定性,作为内部源对其他矢量通道不一致性进行实时校正;然后将结合标量圆阵和快速傅里叶变换(fastFouriertransform,FFT)的快速MUSIC算法推广到矢量阵列,提出降维快速极化MUSIC算法.仿真结果验证了此误差校正方法的有效性,且快速算法在保证测角精度前提下有效提高了算法实时性.本文为极化敏感阵列测向提供了一种误差校正方法及一种快速实用的测向算法.

大间距均匀阵列抗模糊DOA估计实验研究

在波达方向(DOA)估计中,当接收天线阵列的单元间距大于入射信号载波的半波长时,会出现阵列流形模糊,这对分辨真实的信号DOA带来了挑战。该文基于子阵级大间距均匀双线极化阵列,提出通过随机改变每个子阵中某个单元的极化状态,使不同子阵对应的导向矢量相互独立,从而打破大间距均匀阵列下导向矢量间的线性关系,并抑制阵列流形模糊。仿真和实验结果表明,该方法可有效去除多重信号分类(MUSIC)算法空间谱中的伪峰,实现高精度DOA估计。

极化敏感线阵的模值约束降维Root-MUSIC算法

为了解决极化敏感线阵波达方向角和极化参数联合估计运算量大的问题,本文提出了模值约束降维Root-MUSIC算法。该算法通过对波达方向角和极化参数进行剥离,先采用Root-MUSIC算法进行DOA估计,然后根据模值约束条件构造代价函数,通过闭合式解求出极化参数估计。与传统MUSIC算法相比,该算法避免了谱峰搜索,大大提高了运算效率。与ESPRIT算法相比,该算法避免了参数配对问题。计算机仿真结果验证了该算法的正确性,且具有较高的成功率与精确度。在两目标信号入射角度接近时,也能够很好的分辨出两信号。

全极化散射中心提取与参数估计：P-MUSIC方法

本文提出了一种全极化散射中心提取与参数估计方法:P-MUSIC方法。该方法是一种极化和超分辨联合处理方法,不但能实现对各极化通道散射中心的数目、位置、强度以及归一化极化散射矩阵的同时估计,而且由于充分利用了目标全极化信息,还提高了散射中心提取和参数估计的精度。基于仿真和实测数据的实验结果证实了该方法的有效性。

超宽带共形极化敏感阵DOA-极化估计算法及优化

针对超宽带共形极化敏感阵列(Conformal Polarization Sensitive Array, CPSA),提出一种用于波达方向(Direction of Arrival, DOA)与极化角联合估计的降维多重信号分类(Multiple Signal Classification, MUSIC)算法,由Monte-Carlo模拟结果可知,DOA估计性能在低频处下降,无法满足信号测向需求。为解决此问题,使用虚拟扩展阵列的方法优化算法,选取不同扩展参数构造虚拟阵列,提高算法可靠性。通过仿真实验可知,优化后的算法能明显改善DOA估计在低频处的抗噪性能与容差性能,显著提高实际应用中信号测向的准确率。

基于混合阵列的DOA与极化信息联合估计

针对被动雷达导引头抗诱饵应用中极化敏感阵列因阵元形式多样化及阵列三维放置而造成模型不匹配的问题,针对线极化、左右旋圆极化、椭圆极化阵元组成的混合三维阵列,提出了混合立体三维极化敏感阵列测向模型。考虑到每一个阵元都可能具有不同的指向和极化敏感性,首先在各阵元局部坐标系中利用极化敏感矩阵表达任意极化阵元的极化敏感程度,再使用坐标旋转矩阵将其变换到全局坐标系中,从而建立阵列极化敏感性统一表达模型,并提出一种基于该模型的秩亏极化多重信号分类(MUSIC)算法。在抗诱饵条件下,对均匀、非均匀混合极化阵列与其他阵列的秩亏极化MUSIC算法测角分辨力和单目标测角精度进行了仿真探究,并给出标量阵列与矢量阵列测向的选择原则。仿真结果表明,混合极化阵列在能达到同等测角精度的前提下,有效提高了测角分辨力与测角稳定性,且非均匀混合极化阵列具有很大的抗诱饵应用潜力。

基于圆柱共形阵的极化MUSIC算法

基于圆柱共形阵列的波达方向(Direction-of-Arrival,DOA)估计方法受载体曲率影响,对于不同极化入射的信号存在极化接收不匹配的问题,同时由于载体的遮挡,会使测向精度下降,甚至产生测向错误。针对极化接收和载体遮挡效应,本文提出了一种基于圆柱共形阵列的极化MUSIC算法,建立了基于圆柱共形阵的极化敏感阵列信号接收模型,考虑载体遮挡效应对信号的导向矢量进行重构,保证了信号子空间和噪声子空间的正交性,并运用极化秩亏MUSIC算法进行DOA估计和极化参数估计。仿真结果表明,与子阵分割极化MUSIC算法相比,本文算法在低信噪比10 dB时测向误差减少了0.9°,具有更高的信号测向精度,信号估计准确率提高了27.4%。

基于MUSIC的分布式极化敏感立体阵列DOA估计

针对共形阵列中需要更灵活地摆放阵元的问题,建立了分布式极化敏感立体阵列的数学模型,可实现阵元任意位置的空间摆放,为共形多极化敏感阵列的进一步使用提供了理论基础。在模型建立的基础上,将秩亏极化MUSIC算法移植到了分布式极化敏感立体阵列中。同时,针对实际应用中的幅相不一致问题,提出了静态校正的方法,即先消除极化参数和纵轴影响,再补偿幅相不一致,对通道幅相误差进行校正。最终,针对分布式极化敏感立体阵列,实现了入射信号的到达角和极化参数联合估计。仿真实验中,实现了2信源的联合估计,仿真结果表明分布式极化敏感立体阵列实现到达角和极化参数联合估计是可行的并具有较高的分辨力。

基于三正交电偶极子天线的MUSIC估计算法

针对应用于三正交电偶极子天线的传统MUSIC算法无法同时对包含空间角度和极化信息的回波信号进行四维谱峰搜索,提出一种基于三正交电偶极子天线的实虚部分离的MUSIC估计算法。利用三正交电偶极子天线导向矢量的特殊性,通过实虚部分离进行两次MUSIC谱峰估计,同时完成对波达方向和极化信息的估计。对算法可行性完成验证,详细仿真分析了信噪比、采样快拍数等对算法性能的影响。仿真结果表明,该算法能准确估计四维信息,将一次四维搜索(90×180×90×101)转换成一次三维搜索(90×180×90)和一次一维搜索(1×101),极大减小计算量,优化算法性能。

极化敏感阵列到达方向估计方法的FPGA实现

针对将传统的复数多重信号分类(MUSIC)算法直接嵌入现场可编程门阵列(FPGA)将消耗大量硬件资源和计算时间的问题,该文提出基于极化敏感阵列的实数化的MUSIC算法的FPGA实现方案。利用圆形分布极化敏感阵列的中心对称特性,提出一种实数化预处理方法,该方法直接对接收信号做线性变换,从而简化极化MUSIC算法的后续计算。该FPGA方案通过协方差矩阵模块并行计算、特征值分解模块采用多级清扫的并行Jacobi算法、多尺度谱峰搜索和各个模块的流水线工作来减少算法耗时。试验结果表明,与复数极化MUSIC算法相比,该方案大大降低了硬件资源消耗和时间消耗。

基于相干极化GTD模型的散射中心提取新方法

针对高分辨极化测量雷达体制,提出了一种基于相干极化几何绕射模型(GTD)的雷达目标散射中心提取新方法。首先建立了全极化测量条件下的相干极化GTD模型,并将MUSIC算法拓展用于高分辨雷达目标的全极化散射中心提取。该方法是一种极化和超分辨联合处理方法,它实现了对不同极化通道的散射中心数目、位置、类型、强度以及归一化相干极化散射矩阵的同时估计,同时还因充分利用了全极化信息,提高了各参数估计的精度。基于仿真和实测数据的实验结果验证了该方法的有效性。

平面极化天线阵列的DOA及极化参数降维估计方法

基于极化阵列的长矢量数据模型,提出了一种适用于平面极化天线阵列的DOA和极化参数联合估计的方法。通过利用谱函数的偏导数条件进行降维优化,从而大大降低在搜索过程中的运算量,同时保证了分辨能力与估计精度。通过仿真实验可以看出,所提算法相比于目前较有效的基于四元数的Q-MUSIC算法有着更好的分辨力与较小的均方误差,且减少了运算量。

高分辨相干极化GTD散射模型及其应用

针对高分辨极化测量雷达体制,研究了雷达目标的高分辨极化特性的建模与提取问题。建立了能够精确描述雷达目标高频极化散射的高分辨相干极化GTD(CP-GTD)模型,并提出了基于CP-GTD模型的全极化散射中心参数估计方法。与常规GTD方法相比,CP-GTD方法的突出优点在于它不需要进行散射中心关联,并且能准确估计散射中心的相干散射矩阵。此外,全极化信息的利用,使其具有精度更高、速度更快等优点。基于仿真和实测数据的实验结果验证了CP-GTD模型的优越性。

基于OFDM信号的二维全极化信息提取

目标高分辨和全极化信息在遥感成像、目标分类、识别等领域具有重要应用。基于全极化OFDM信号模型,研究了用于获取运动目标二维全极化散射特征的新方法。建立了全极化OFDM接收信号模型,提出了信号频域采样的二维极化MUSIC算法,用于提取目标散射中心的全极化高分辨信息;利用某目标模型的暗室测量数据进行仿真试验,验证了该信号相关处理算法的有效性。该研究成果可为新体制宽带成像雷达系统研制提供参考。

基于双极化圆阵天线的多路径干涉仪测向研究

当低空掠海反舰导弹攻击目标舰船时,因为海面多路径散射波的存在,导致舰船上传统的相关干涉仪测向不准,从而不能有效反击拦截导弹。提出了一种基于双极化圆盘阵列天线的多路径相关干涉仪的测向方法,其工作原理为(假设反舰导弹天线是垂直极化方式)当圆盘阵列天线选择垂直极化方式时,干涉仪接收到导弹直达和海面多路径散射的混合信号;当圆盘阵列天线选择水平极化时,干涉仪仅接收到海面多路径总散射信号。在仿真中,根据相关干涉仪算法和多信号分类(MUSIC)算法,可以画出混合信号和总散射信号的空间坐标分别为方位角3°,4°,俯仰角82°,86°,然后比较两者空间向量之间的关系,得出导弹的空间坐标方位角小于3°,俯仰角小于82°,最后通过最小方差无失真响应(MVDR)空域滤波和波束形成算法抑制干扰信号的影响,通过仿真可以看出总散射信号方位角被抑制大约23 dB,俯仰角被抑制大约17 dB,并通过与仿真场景中导弹的实际空间坐标进行比较,可看出该方法依然存在一定的差距,但也为消除散射多路径对测向的影响提供一种思路与方法。

基于共形阵的角度和极化信息联合估计算法

针对复杂载体上共形阵列存在多极化接收和遮挡效应的问题,本文提出一种基于方向图矩阵重构导向矢量的改进极化多重信号分类(multiple signal classification,MUSIC)算法。首先对共形天线阵列进行建模,在获取各个阵元的方位和俯仰分量方向图数据后,将方向图数据分解并重构阵列的导向矢量矩阵,最后结合极化MUSIC算法进行波达方向(direction of arrival,DOA)和极化参数联合估计。相对于理论导向矢量的极化MUSIC算法,本文所提改进算法在解决了遮挡效应的同时具有更高的估计精度,并可有效降低运算量。仿真实验结果验证了这一结论。

极化敏感阵列的DOA及极化参数降维估计算法

为解决极化MUSIC算法运算量大的问题,提出了一种适用于极化敏感阵列的秩亏损MUSIC算法。在极化MUSIC算法的基础上,通过运用矩阵秩亏损原理将谱函数进行降维优化成只与空域参数相关的二维谱函数,大大降低了谱峰搜索过程中的运算量,同时保证了波达方向(DOA)估计精度。在获得入射信号的DOA之后,通过公式可直接计算得到入射信号的极化参数,具有较低的运算量。通过仿真实验可以验证秩亏损MUSIC算法存在着较高的估计精度,并通过将其与极化MUSIC算法的计算复杂度进行对比,可以发现秩亏损MUSIC算法具有较好的实时性,在入射信号相同并含有极化信息的条件下,秩亏损MUSIC算法的计算复杂度相较于极化MUSIC算法降低了104数量级。

一种三维调制信号快速解调新方法

根据三维调制信号的特性,提出了一种新的三维调制信号的快速解调方法。该方法基于MUSIC算法,首先利用单次快拍来建立阵列数据的协方差矩阵,然后根据调制信号的先验信息对所得信号空间谱进行判决,来估计其极化辅角与极化相位角等信息,从而恢复出基带信号。分析与仿真结果表明,所提方法不仅可以避免谱搜索,大大降低MUSIC方法的运算量,而且适用于瞬时信号和快速运动信号的解调。

研究干涉图处理与光谱复原的一种新方法

简要论述了自行研制的空间调制型偏振干涉成像光谱仪的工作原理及干涉图获取模式,采用三种不同的光谱复原方法分别对干涉图进行了处理和光谱复原,并对实验结果进行了分析比较.将非参数模型Music算法引进到干涉图的光谱复原处理中,极大的提高了复原光谱的分辨率,为超高分辨率的光谱复原分析技术提供了较好的数学模型,为提高光谱分辨率提供了可能的依据和新方法.