TIADC系统误差自适应估计及补偿方法

时间交替并行采样模数转换器结构(TIADC)是提高系统采样率的一种有效方法。TIADC结构的实现过程中不可避免的会引入时间失配误差、增益误差和偏置误差从而导致系统的信噪比降低。针对上述问题,提出一种基于可变步长最小均方算法(VSS-LMS)的TIADC失配误差自适应估计方法。该方法可以同时完成对时间失配误差和偏置误差的估计,并根据估计得到的失配误差参数对失配误差进行校正。仿真结果表明,该自适应估计方法每通道仅需要不超过128个采样点即可以完成对失配误差的估计。最后在实际的时间交替并行采样系统中验证了该算法的有效性,该算法可以使得校准后的并行采样系统的信噪比提高20 dB。仿真与实验结果表明,所提出的算法可以有效提高TIADC系统的性能。     

一种基于一维噪声子空间的幅相误差自校正方法

以MUSIC、数字波束形成为代表的一类阵列信号处理方法,在存在阵列和通道幅相误差时,性能急剧下降。本文在介绍Friedlander经典自校正算法基础上,指出了该算法的不足,并提出了基于一维噪声子空间的自校正算法,还给出了算法详细实现步骤,该算法能在估计DOA方向同时进行阵列幅相误差校正。MATLAB和DSP仿真结果表明新算法性能良好。     

基于改进级联泰勒补偿的TIADC时间误差校准

本文提出了一种针对于高速高精度TIADC时间失配误差的改进级联泰勒补偿算法。利用线性近似原理来估计时间失配误差,再采用一种经过改进的级联泰勒补偿结构进行误差补偿。其中,误差补偿模块与误差估计模块一起构成反馈式校准结构,以便于能够对时间失配误差实时估计与校准。在MATLAB建立一个位数为16 bit,时钟采样频率为500 MHz的4通道TIADC系统时间失配误差校准模型进行仿真验证。实验结果表明,当输入信号频率在整个奈奎斯特频段内,经过3阶校准后,TIADC系统的SFDR平均提高56.2 dB,SNR平均提高55.6 dB。相比于传统的级联泰勒补偿结构,进一步缩小了硬件实现规模。     

基于参考通道随机化的TIADC校准算法

提出了一种针对时间交织模数转换器(time interleaved ADC,TI-ADC)通道间失配误差的基于参考通道的后台校准算法。该算法利用参考通道与同采样时刻TI-ADC子通道ADC输出差值估计待校准子ADC的失配误差,然后从系统输出中减之实现自适应误差补偿;为了克服当TI-ADC系统前端不存在单独输入缓冲器时,参考ADC通过输入网络耦合对TI-ADC产生干扰问题,进一步加入随机化技术,减少残余失配误差产生毛刺;该校准系统可以实现3种主要失配误差的同时有效校准,对输入信号带宽没有限制。应用于12位1 GS/s TI-ADC系统,当输入信号频率为470 MHz时,FPGA验证结果表明,校准后无杂散动态范围(SFDR)提升了44.14 dB,达到76.16 dB。     

基于MUSIC和ESPRIT算法的DOA动态布站

DOA估计是阵列信号处理领域中的一个研究重点。阐述了波达方向（DOA）估计中2种经典算法多信号分类算法（MUSIC）和旋转因子不变法（ESPRIT）。在噪声是均值为0、方差为05的高斯白噪声下进行了MUSIC算法的空间谱估计,准确地估计出3个来波信号的方向。同时,通过改变信噪比计算不同信噪比下MUSIC与ESPRIT算法估计结果的均方根误差,得出MUSIC算法与ESPRIT算法估计结果相比精度更高,但运行速度较慢。在相同信噪比下,改变阵元数,观察对两种算法均方根误差的影响,得出两者呈正相关。最后分析了在实际应用中外辐射源雷达系统常常使用两部或多部雷达布站,因此多舰艇编队的动态布站问题可以看作布站形式和平台机动的综合问题。分析了外辐射源多站系统在DOA体制下以几何精度因子表征为布站指标的探测精度,解决海基多站DOA动态布站问题。     

一种基于载波相位测量的阵列天线自适应校正技术

针对卫星导航阵列抗干扰处理过程中的阵列校正问题,本文采用一种基于载波相位测量的阵列天线自适应校正技术。利用阵列天线各阵元分别接收同一颗卫星信号,分别进行捕获、跟踪、观测量提取等,获取指定卫星各通道载波相位,求取载波相位差,计算各通道间误差,对阵列天线幅相不一致性进行校正,从而降低幅相不一致性对抗干扰算法性能的影响。相比于传统阵列天线自适应校正算法,具有以下优点：1）可针对每颗卫星进行单独校正;2）可综合校正射频通道不一致性、天线阵子安装误差、AD采样不一致性造成的通道相位不一致;3）可实时对卫星来向的通道误差进行校正。仿真证明,该方法具备较好的幅相误差抑制效果。     

误差提取自适应修正的前馈式TIADC校准算法

在纯数字域设计实现了一种针对时间交织模数转换器采样时间失配误差的前馈式校准算法。定义了一种误差提取函数,并针对其导数求算中存在的误差提出了自适应的修正方法,从而提高在输入信号频率较高时误差提取的准确度;为了降低误差提取单元的复杂性,采用了以减法实现的误差提取函数和基于LMS的除法器;采用基于一阶泰勒补偿的方式完成时间失配误差的实时校正。仿真结果表明,应用于4通道14 bit时间交织模数转换器(TIADC)系统,当输入信号为多频信号时,系统动态性能无杂散动态范围(SFDR)从48. 6 dB提高到80. 7 dB。与传统基于前馈校准结构对比,可以将输入信号带宽从0. 19提高到0. 39,提高了校准算法的应用范围。     

反射镜片高度对快反镜测量误差的影响及补偿

在高精度光电跟瞄系统中,快速反射镜（fast steering mirror,FSM）是精跟踪通道中的核心元件,能够实现转动角亚微弧度的分辨率。测量误差直接影响到跟瞄系统的控制精度,其中,FSM镜片反射面高度对误差的影响显著,在实际跟踪控制中必须予以补偿与校正。以某型搭载快速反射镜的实验转台测量模型（测量精度为±50 μrad）为基础,理论推导了反射镜片反射面高度引起的误差模型,并利用系统辨识的最小二乘估计算法求取出误差特性参数,进行误差补偿。实验结果表明,经过补偿后的镜片高度对误差的影响缩小到±2 μrad。     

对数螺旋阵列的相干信号 DOA 估计研究

在对数螺旋阵相干信号DOA估计的研究中,本文提出一种VA-MMUSIC算法,把对数螺旋阵虚拟成均匀线阵,推导出虚拟后阵列的协方差矩阵,再将协方差矩阵应用到MMUSIC算法中,对相干信号进行DOA估计。仿真结果表明,VA-MMUSIC算法,能够实现对相干信号的DOA估计,且在信噪比为10 dB,信号间隔在5°以内时,VA-MMUSIC算法依然能准确地估计出相干信号源的方位角,误差始终保持在0.5°内,验证了此方法的有效性。并在实际实验条件下利用对数螺旋阵列接收相干信号源数据,验证了实际环境下VA-MMUSIC算法的有效性。     

风电场的集群功率优化控制

以降低风电场尾流损失、优化风场出力为目标,设计基于Laguerre函数非线性预测控制（nonlinear modelpredictive control,NLMPC）方案的风场集群控制器。该控制器应用风场动态尾流模型,通过NLMPC统一调整风场内各机组转速以提升风场功率。在控制器设计中,使用有效风速预测误差校正对预测模型失配及超短期风速预测误差进行补偿,引入Laguerre函数降低滚动时域优化计算负担并分析了控制器对风速预测误差的鲁棒性能。仿真研究表明,集群控制器能够在不同风速条件下提升风场功率、降低优化计算负担,且对风速预测模型失配与风场自然风速预测误差具有鲁棒性。     

2D‐DOA estimation performance using split vertical linear and circular arrays

This paper presents a new approach to reduce the computational complexity in two‐dimensional (2D) matrix pencil (MP) method for direction of arrival (DOA) estimation of plane wave signals using a combination of vertical uniform linear array (VULA) and uniform circular array (UCA). By applying phase mode excitation based beamforming to the UCA, we can apply the matrix pencil (MP) method to the beamspace data using only a single snapshot. The technique is based on the split array, which is composed of two perpendicular arrays. The vertical uniform linear array used to determine the elevation DOA components is located perpendicularly at the center of the uniform circular array in the horizontal plane used to calculate the azimuth angles. Unlike common planar and circular arrays, this antenna array with its particular geometry requires no pair‐matching between the azimuth and the elevation angle estimation and can also remove the drawbacks of estimation failure problems. Using this particular geometry for the 2D MP method leads to an efficient computational methodology for real‐time implementation on a digital signal processor. The obtained simulation results of the MP method applied to both uncorrelated and correlated narrow‐band sources in the presence of white noise show good performance estimation. © 2016 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

一种相干式分布源DOA估计的ESPRIT算法

本文研究了相干分布式信号源条件下的波达方向(DOA)估计问题.现有的分布式信号源模型的DOA估计方法一般需要假设描述分布式目标信号源模型的角信号分布函数具体的数学形式已知,并需求解2维或高维非线性参数估计问题.在角信号分布函数具体的数学形式未知的条件下,本文利用角信号分布函数的共轭对称性,提出了一种相干式分布源DOA估计的ESPRIT算法.该方法估计性能优于常规ESPRIT算法,与相干分布式目标特征值搜索方法相比,运算量较小,且避免了估计结果的模糊性问题.     

MUSIC算法的性能分析与改进

使用均匀线性天线阵列雷达,在MUSIC小波预处理方法的基础上对其进行改进,将小波预处理MUSIC算法改进成小波包预处理MUSIC算法,并将其与旋转不变子空间算法(ESP RIT)算法、最大似然估计法(MLE)算法和小波预处理MUSIC算法进行仿真比较,通过计算机仿真结果证明,改进后的小波包预处理MUSIC法比小波预处理MUSIC方法具有更高的精确度和更好的稳定性.     

A cascade‐connected neural model for improved 2D DOA estimation of an EM signal

This article proposes a neural network‐based approach to increase accuracy of two‐dimensional direction of arrival (DOA) estimation of an electromagnetic signal. The proposed method combines two neural networks developed using simulated and small amount of empirical data, respectively. The output of the simulation‐based neural network represents approximate information on DOAs. It is then considered as a priori knowledge for the small empirical network that is crucial for obtaining more accurate DOA estimates. The developed cascade‐connected model is validated using real data from a rectangular antenna array. Improvements in terms of accuracy and reliability are obtained and compared with the MUSIC algorithm. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于稀疏表示的宽带DOA估计

提出一种基于空频域稀疏表示的宽带DOA估计方法。首先,用空间频率代替频率和方位角的二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,却能实现宽带DOA估计。然后,对频域协方差矩阵进行特征分解,利用主特征向量建立稀疏模型进行DOA估计,提高了算法在低信噪比下的性能。理论分析和实验,证明了该方法可以对宽带范围内的多个窄带和宽带信号进行高精度的DOA估计,同时不需要进行任何处理即可直接应用于相干信号。     

适用于 TIADC 时间误差校准的斩波调制算法

传统的时间交织模数转换器(TIADC)时间误差斩波调制校准算法无法向多通道推广,改进的时间误差斩波调制校准算法将单通道与相邻通道输出相加后分别斩波再求和来提取出时间误差,使其能适用于任意通道误差的提取,时间误差补偿采用一阶泰勒近似来实现,避免了传统算法中复杂滤波器设计。然而,当输入信号频率超过子通道奈奎斯特频率时,校准算法的校准方向会出错,从而导致校准失败。因此,设计了一种校准方向修正算法,能够满足整个系统奈奎斯特频率范围内的有效校准。仿真结果表明,应用于一个4通道、1 GS/s、12位的TIADC,当输入信号频率为450 MHz时,系统的信号噪声畸变比(SNDR)由28.4提高到73.1 dB,系统的无杂散动态范围(SFDR)由30.7提高到88.9 dB。     

新型快速DOA估计算法

针对传统MUSIC算法进行DOA（direction of arrival）估计计算量过大、难以实现实时处理的问题,提出了一种新型测向算法。基于信号子空间与噪声子空间的正交性,利用部分噪声子空间进行变步进谱峰搜索,通过减少单个伪谱值估计运算量、减小谱峰搜索范围以及规避信号源个数估计过程,大幅降低了算法实现复杂度,同时优化加法和乘法运算数配比,将乘法运算量减少至1/4以下,降低了硬件运算负荷,可实现信号实时处理。通过计算机建模、仿真及性能比对,验证了该方法对运算性能的改进效果。     

宽带相干源波达方向估计的新方法及性能分析

本文首先介绍了宽带阵列信号的模型，然后给出了一种新的基于信号子空间的宽带信号DOA估计算法。新算法直接分解接收数据协方差矩阵得到聚焦矩阵，通过聚焦变换将不同频率点的信号子空间聚焦到参考频率点，聚焦后得到单一频率点的数据协方差矩阵，再应用窄带MUSIC算法进行DOA估计。由于是直接分解接收数据协方差矩阵得到聚焦矩阵，因此新算法无需预估计波达方向，可以避免角度预估计对测向性能的影响，而且减少了计算量，提高了宽带信号DOA估计的实时性。最后在16元均匀线阵的情况下，选用宽带高斯信号源进行仿真，将新算法与RSS算法和TLS算法相比较，验证了新算法的优良性能。     

Unitary coherent strategy for spatial sparsity‐based DOA estimation of wideband signals

The coherent l₁‐singular value decomposition (l₁‐SVD) uses a non‐unitary coherent strategy for transferring different frequency bin data to a reference bin, which decreases the signal‐to‐error ratio (SER) in transferring, thereby leading to a decrease in accuracy in the direction of arrival (DOA) estimation. To cope with this problem, in this paper we propose a unitary coherent strategy that uses unitary focusing matrices for transferring data. Simulation results show that the proposed method outperforms the coherent l₁‐SVD method in accurate DOA estimation. © 2014 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.