加权最小二乘法和MUSIC法联合测向技术研究

针对传统相位干涉仪测向法精度不高和MUSIC算法空间谱峰搜索耗时长的问题,提出了一种基于加权最小二乘法和MUSIC算法相结合的均匀圆阵测向技术。首先根据阵列短基线组求解相位模糊,并通过引入中间变量将相位差测量方程转化为线性方程组,然后运用加权最小二乘法对其进行求解,并利用信号到达角与中间变量的关系得到信号到达角初始估计,最后MUSIC算法依据信号到达角初始估计进行空间谱峰搜索,得到高精度信号到达角估计。仿真实验对比了所提方法与现有相位干涉仪及MUSIC算法的角度估计精度和耗时,证实了所提方法的正确性和有效性。     

MUSIC测向算法的入射方向确定方法

MUSIC(MUltiple SIgnal Classification)等谱峰搜索类算法的计算量主要集中于谱峰搜索过程,加大搜索步长虽可减小计算量,但会引起空间谱的畸变从而造成测向误差。先采用大步长搜索确定谱峰大约位置后再用小步长搜索可以减小测向误差,且增加的计算量较小,但其实时性不佳。文中提出了基于重心估计的入射方向确定方法,利用现有谱峰搜索数据进行后处理,当搜索步长远大于MUSIC测向算法本身的均方根误差(RMSE,Root Mean Square Error)时,可用很小的计算量大大提高测向精度,具有良好的工程应用价值。      

基于逼近噪声子空间的求根时延估计算法

多重信号分类(MUSIC)时延估计算法需要多径数估计,且其特征分解和谱峰搜索的计算复杂度较高。针对此问题,给出了一种基于逼近噪声子空间的求根时延估计算法。该算法利用协方差矩阵逆的高次幂逼近噪声子空间与其自身共轭转置的积,并构造多项式等式,以多项式求根的方式避免谱峰搜索,从而降低了计算复杂度。仿真结果表明,在无需多径数估计和复杂度低于MUSIC算法的条件下,所提算法的性能与MUSIC算法的性能相当,并且逼近克拉美罗界。     

一种快速DOA估计算法

MUSIC算法需要将天线阵列接收数据的协方差矩阵进行特征分解,并在全空域进行谱峰搜索。该算法具有很高的分辨力、估计精度及稳定性,但是运算量巨大,难以实时实现。通过对等距线阵特点及MUSIC算法的研究,提出了一种无需特征分解和在全空域进行谱峰搜索的快速算法,算法采取降维处理的方法快速估计信号子空间,然后根据基于阵列一次快拍的FFT算法粗略估计的局域信号空间进行谱峰搜索,从而有效降低了算法的计算量,理论分析和计算机仿真结果证明了该算法的有效性。     

适用任意阵列的变换域二维波达角快速估计算法

 MUSIC(Multiple Signal Classification)算法是波达角(the Direction of Arrival,DOA)估计的经典算法之一,但其在二维DOA估计中因需进行二维谱峰搜索而计算量十分巨大.为降低MUSIC算法的计算量,本文在引入变换域DOA概念的基础上提出了一种能够适用于任意阵列结构的二维DOA快速估计算法,即变换域MUSIC(transformed domain-MUSIC,TD-MUSIC)算法.理论分析和仿真实验表明:该算法不但将空间谱峰搜索的范围减小一半而且具有更低维度的噪声子空间,因而其计算量远小于 MUSIC算法.同时,新算法具有比MUSIC更高的空间分辨率.     

基于实值矩阵的宽带信号DOA估计方法

针对传统宽带信号DOA估计算法的高计算复杂度问题,提出使用实值矩阵改进的算法。与传统算法在复数协方差矩阵的基础上进行DOA估计相比,本算法仅使用复数协方差矩阵的虚部构造出一个实值矩阵,并在此实值矩阵的基础上,使用子空间算法进行DOA估计。实值矩阵不仅能够降低特征值分解的计算量,而且得到的噪声子空间与真实DOA和镜像DOA均正交,因此在DOA迭代估计时,仅需要对一半的角度进行谱峰搜索,而对于搜索时出现的角度模糊问题,可通过MUSIC算法去模糊,从而达到正确估计效果。相比于传统宽带信号DOA估计算法,本算法在保持DOA估计精度几乎不变的基础上,有效降低了算法计算量,计算机仿真结果验证了本文算法的有效性。     

非圆信号多级维纳滤波MUSIC测向算法

为降低非圆信号的MUSIC(记为NC-MUSIC)测向算法的计算量,提出了基于多级维纳滤波的NC-MUSIC算法.首先,该算法将非圆信号特性用于多级维纳滤波算法,构造出扩展阵列输出矩阵,利用多级维纳滤波的递推特性求出信号子空间,而不需要估计样本协方差矩阵和对其特征值分解;其次,为了进一步降低算法的计算量,推导出信号子空间的谱峰一维搜索公式进行非圆信号谱峰搜索的计算,快速估算出目标的方位值.仿真结果和计算复杂度分析表明,新算法不但在均方根误差性能上与其他快速算法相似,均接近于NC-MUSIC算法,具有良好的估计性能,而且降低了NC-MUSIC算法的计算最,使其计算复杂度小于非圆信号扩展传播算子快速测向算法的计算复杂度.证实了新算法快速有效的估计性能.     

基于相干对消的噪声子空间自适应估计

MUSIC算法的运算量主要集中在特征值分解和空间谱的搜索两部分,为避免进行特征 值分解,将相干信号自适应对消的思想用于噪声子空间的估计。由于阵元输出信号完全相干 ,视一个阵元输出为参考信号,其它阵元输出能够完全对其进行对消,得到的系数矩阵作为 噪声子空间的估计。基于LMS算法,给出了算法的矩阵形式,得到的噪声子空间估计算法的 运算量大大降低,且以迭代的方式进行,适合应用于运动信号源的跟踪,在阵元数较大时能 很好地逼近MUSIC算法性能。为减少空间谱搜索过程的计算量,对搜索过程先用系数矩阵的 一列进行搜索,然后采用其它列对搜索峰值进行验证。仿真结果显示算法具有很好的空间谱 估计性能和DOA跟踪性能。     

基于数据插值的二维MUSIC谱峰搜索算法

针对MUSIC算法在进行二维到达角估计时运算量大、估计速度较慢的问题,对基于数据插值二维MUSIC谱峰搜索算法进行研究。在MUSIC算法的基础上先用较大步长在二维空间进行粗略搜索,之后在粗搜谱峰位置附近的小区间内进行二维插值,最后用小步长在该区间内进行谱峰搜索,得到精确的角度估计值。仿真实验表明,该算法可有效地减少二维空间搜索的运算量。     

脉冲噪声环境下基于矩阵差分的远近场混合源定位

为了提高脉冲噪声环境下基于二阶协方差矩阵差分（COV-MD）的远近场混合源定位算法的估计性能,本文提出了基于分数低阶协方差矩阵差分（FLOC-MD）和基于压缩变换协方差矩阵差分（CTC-MD）的远近场混合源定位算法。所提出的算法首先利用一维MUSIC谱峰搜索获得远场源信号的方位角估计,然后利用矩阵差分法实现远近场信号源的分离得到扩展的近场源分数低阶协方差矩阵（或压缩变换协方差矩阵）,最后在利用类旋转不变方法（ESPRIT-Like）估计得到的近场源方位角的基础上,再次利用一维MUSIC谱峰搜索获得近场源距离的估计。计算机仿真结果表明:CTC-MD算法和FLOC-MD算法在强脉冲和低信噪比情况下的估计性能都要明显优于COV-MD算法和其他基于二阶统计量的远近场混合源定位算法,同时CTC-MD算法的性能要好于FLOC-MD算法并且不依赖于脉冲噪声的先验信息。      

基于降维处理的MUSIC二维DOA估计算法

针对 MUSIC(多重信号分类法)估计方法实现二维 DOA(波达方向)估计的计算量大且遍历搜索耗时的问题,给出了一种基于降维处理的 MUSIC 算法。该算法无需进行二维谱峰值搜索。该算法利用二次优化方法将二维 DOA 估计分解为一维 DOA 估计,先通过一维 MUSIC 估计获得信号与 x 轴夹角,再利用最小二乘算法估计获得信号与 y 轴夹角。最后利用角度关系式得到信号的二维 DOA 估计值。该算法的复杂和搜索范围都大大降低,仿真表明,该算法具有较好的角度估计效果。     

基于L型阵列酉变换矩阵重构的二维DOA估计

二维空间信号波达方向（DOA）的估计是阵列信号处理的一个关键研究问题。经典的二维 MUSIC算法固然精度高,但此算法需要二维谱峰搜索,运算较为复杂。提出一种用于L型阵列的二维DOA估计算法,通过矩阵重构使得阵列输出矩阵变为中心对称矩阵,再利用酉变换矩阵将其由复值矩阵变为实值矩阵。该方法可以直接得到目标参数,不需要谱峰搜索,使得运算量大大降低。相比于 L 型阵列适用的增广矩阵束（MEMP）算法,该算法可以估计更多信源的DOA,并能获得较高的分辨率。计算机仿真结果表明,该算法具有较高的DOA估计精度。     

一种对称α稳定分布噪声环境下DOA估计新算法

脉冲噪声环境下波达方向(DOA)估计是阵列信号处理领域一个新兴研究方向。针对α稳定分布噪声环境下经典MUSIC算法性能退化的问题,提出了一种新的基于非线性压缩核函数(NCCF)的DOA估计算法。该算法利用基于NCCF的有界矩阵代替了MUSIC的协方差矩阵,通过对有界矩阵进行特征分解确定信号子空间和噪声子空间,借用MUSIC谱估计公式进行谱峰搜索,得到DOA的估计值。仿真结果表明,NCCF-MUSIC算法运算复杂度较低,相比于基于分数低阶统计量(FLOS)的MUSIC方法和基于广义类相关熵(GCAS)的MUSIC算法,该方法具有更好的准确度和稳定性。     

L型阵列天线的测频测角实现研究

基于构建的FPGA协同DSP(FPGA+DSP)异构系统提出了一种L型阵列天线的测频和测角实现方案,研究了谱峰搜索多重信号分类(MUSIC)算法和酉矩阵求根MUSIC算法的实现。2种算法的实测数据试验结果表明,谱峰搜索MUSIC算法实现简单,但处理精度受限于频域和空域的搜索精度。在同一精度量级时,酉矩阵求根MUSIC算法的处理时间只有谱峰搜索MUSIC算法的62.6%,且可以避免多维搜索,还对宽带信号具有一定的分辨率,具有较好的工程鲁棒性。     

基于自适应步长萤火虫-多重信号分类算法的低空目标波达方向估计

该文针对传统多重信号分类算法(MUSIC)不适用于低空多径环境下目标波达方向(DOA)估计且谱峰搜索计算量大的问题,在解相干基础上,提出一种基于自适应步长萤火虫算法的多重信号分类算法.该方法通过对快拍数据协方差矩阵虚拟平滑实现多径信号的完全解相干和满秩相关矩阵的构造,利用自适应步长萤火虫算法实现谱峰搜索和目标角度估计.仿真结果表明,新方法能够在无孔径损失的情况下较好克服低空多径效应影响,快速、精确地估计目标波达方向.      

小生境粒子群算法在多信号DOA估计中的应用

多重信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)算法是波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计领域中的经典算法之一,但其谱峰搜索过程的巨大计算量降低了算法的实时性.经典进化算法虽能降低搜索时间,却仅能搜索到一个解,当存在多个入射信号时便无法搜索全部解.为了...     

电力无线专网中一种OFDM载波同步算法

电力无线专网在1.8 GHz频段建设4G TD-LTE网络,正交频分复用(OFDM)是其关键技术之一,OFDM系统对信道产生的载波频率偏移(CFO)很敏感,频率偏移会造成系统性能的严重下降。因此,需要对OFDM系统中的频率载波偏移精确估计并补偿,以保证系统的性能。本文提出了一种用于OFDM系统中基于局部搜索的多重信号分类(MUSIC)盲CFO估计的算法,该算法利用频率偏移矩阵列矢量与噪声子空间的正交性和CFO的单峰特性,构造一个改进空间谱函数,然后通过局部谱峰搜索得到频偏估计值。该算法的CFO估计性能优于传统CFO估计算法,且能够克服传统MUSIC算法低信噪比下谱峰缺失的问题。仿真结果证明了该算法的有效性。     

基于Nyström的一种新颖的DOA估计算法

针对阵列信号处理领域中的超分辨子空间类算法需计算阵列输出的协方差、 协方差矩阵的特征分解及进行谱峰搜索得到波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计,计算量较大则实际应用可能受限,提出了一种低计算复杂度的新颖的无需谱峰搜索的DOA估计算法.通过Nystr?m方法得到逼近的信号子空间,避免了直接对所...     

新的二维谱估计方法——参数加权法

提出了一种新的二维MUSIC方法。由于同时利用了矩阵的特征值和特征向量,其搜索(或求根)过程由2个一维过程组成,避开了二维谱峰搜索且无需配对。通过分析,证明该方法不存在兼并问题,阵元利用率较高。理论分析和仿真结果表明算法的有效性。     

相干分布式信源二维波达方向估计算法

针对相干分布式信源二维波达方向估计算法多采用谱峰搜索导致计算复杂度较大的问题,该文提出了一种二维波达方向分离估计算法。该算法通过将积分形式的相干分布式信源方向向量化简为点信源方向向量与实向量的Schur-Hadamard积,对子阵X接收的数据构造二阶统计量;利用传播因子最小二乘估计子阵X与Z,X与W之间的旋转不变矩阵。由二阶统计量与旋转不变矩阵分别估计方位角与仰角,对于接近90的仰角也可给出有效的估计。与传统子空间算法相比,无需任何谱峰搜索和特征值分解,降低了计算复杂度。仿真实验表明了所提算法的有效性。