基于虚拟孔径扩展的非均匀稀疏阵DOA估计

针对常规均匀线阵DOA估计中可估计信源数目不足的问题,提出了一种基于虚拟孔径扩展的非均匀稀疏阵DOA估计算法。该算法首先对非均匀稀疏阵接收信号协方差矩阵进行向量化处理,通过Khatri-Rao积运算得到新的协方差矩阵;然后利用任意阵列下的空间平滑算法恢复新协方差矩阵的秩;最后通过对新协方差矩阵进行特征值分解实现DOA估计。与传统MUSIC算法相比,该算法可以在阵元数目小于信源数目的条件下实现DOA估计,大大增加了可估计信源数目,同时在低信噪比、小快拍条件下仍能得到DOA估计结果。仿真结果证明了算法的有效性。     

基于虚拟孔径扩展的非均匀稀疏阵无模糊测向算法

针对常规均匀线阵DOA估计中可估计信源数目不足的问题,提出了一种基于虚拟孔径扩展的非均匀稀疏阵无模糊测向算法。该算法在传统MUSIC算法模型基础上,首先对阵列接收信号协方差矩阵进行向量化处理,通过Khatri-Rao积运算实现孔径扩展,提高了阵列自由度。然后利用任意阵列下的空间平滑恢复新协方差矩阵的秩,最后通过MUSIC算法进行DOA估计。仿真实验结果表明,与传统MUSIC算法相比,该算法可以在阵元数目小于信源数目的条件下实现DOA估计,大大增加了可估计信源数目,同时在低信噪比、小快拍条件下仍能得到DOA估计结果。     

基于虚拟孔径扩展的非均匀稀疏阵无模糊测向算法

针对常规均匀线阵DOA估计中可估计信源数目不足的问题,提出了一种基于虚拟孔径扩展的非均匀稀疏阵无模糊测向算法。该算法在传统MUSIC算法模型基础上,首先对阵列接收信号协方差矩阵进行向量化处理,通过Khatri-Rao积运算实现孔径扩展,提高了阵列自由度。然后利用任意阵列下的空间平滑恢复新协方差矩阵的秩,最后通过MUSIC算法进行DOA估计。仿真实验结果表明,与传统MUSIC算法相比,该算法可以在阵元数目小于信源数目的条件下实现DOA估计,大大增加了可估计信源数目,同时在低信噪比、小快拍条件下仍能得到DOA估计结果。     

基于虚拟孔径扩展的非均匀稀疏阵无模糊测向算法

针对常规均匀线阵DOA估计中可估计信源数目不足的问题,提出了一种基于虚拟孔径扩展的非均匀稀疏阵无模糊测向算法。该算法在传统MUSIC算法模型基础上,首先对阵列接收信号协方差矩阵进行向量化处理,通过Khatri-Rao积运算实现孔径扩展,提高了阵列自由度。然后利用任意阵列下的空间平滑恢复新协方差矩阵的秩,最后通过MUSIC算法进行DOA估计。仿真实验结果表明,与传统MUSIC算法相比,该算法可以在阵元数目小于信源数目的条件下实现DOA估计,大大增加了可估计信源数目,同时在低信噪比、小快拍条件下仍能得到DOA估计结果。     

基于虚拟孔径扩展的非均匀稀疏阵无模糊测向算法

针对常规均匀线阵DOA估计中可估计信源数目不足的问题,提出了一种基于虚拟孔径扩展的非均匀稀疏阵无模糊测向算法。该算法在传统MUSIC算法模型基础上,首先对阵列接收信号协方差矩阵进行向量化处理,通过Khatri-Rao积运算实现孔径扩展,提高了阵列自由度。然后利用任意阵列下的空间平滑恢复新协方差矩阵的秩,最后通过MUSIC算法进行DOA估计。仿真实验结果表明,与传统MUSIC算法相比,该算法可以在阵元数目小于信源数目的条件下实现DOA估计,大大增加了可估计信源数目,同时在低信噪比、小快拍条件下仍能得到DOA估计结果。     

尺度不变范数比正则的稀疏DOA估计

波达方向估计(Direction Of Arrival,DOA)通过使用传感器阵列来识别声源方位,而传统的DOA估计方法忽略了声源在空间分布的稀疏性,目前的凸稀疏DOA估计方法和非凸稀疏DOA估计方法所使用的惩罚函数未考虑稀疏度量l₀范数的重要特性——尺度不变性,因此无法精确描述声源的空域稀疏结构,难以获得较高的DOA估计精度.为此,本文首先使用具有尺度不变性的范数比函数来逼近l₀范数,刻画声源空域稀疏结构;接着,针对范数比函数的非凸特性,采用光滑化的思想,构建了平滑的近似函数;然后,构建了基于光滑l_p比l_q范数的稀疏DOA估计模型,开发了基于光滑l_p比l_q范数的稀疏DOA估计算法(Smoothed l_p-Over-l_q regularized Sparse DOA Estimation algorithm,SPOQ-SDOA).大量仿真分析表明,与流行的多快拍DOA估计算法相比,本文提出的算法在不同信噪比和快拍...     

基于稀疏近似最小方差的宽带DOA估计算法

提出了一种基于稀疏近似最小方差的宽带波达方向(DOA)估计算法,有效解决当前宽带波达方向估计方法分辨率较低、相干干扰条件下DOA估计误差大等问题。该算法在空域稀疏模型的基础上利用宽带相干信号子空间算法,将宽带信号聚焦到固定频点处,再以近似最小方差准则进行迭代,实现高分辨DOA估计。该算法得到的空间谱具有稀疏度高和副瓣低的特点,且与CSM算法相比无需任何先验信息。通过仿真计算表明,该算法的方位分辨能力较宽带传统DOA估计算法提升30% ,并具有分辨相干信号能力。通过某海试实测数据处理得到的时间历程图有效验证该算法性能。     

基于压缩感知的DOA估计稀疏化模型与性能分析

利用压缩感知理论解决阵列信号到达角(DOA)估计问题,具有对快拍数据量要求低、可处理相关源等优点。将压缩感知理论应用于信源DOA估计的一个关键问题是建立信源信号的稀疏化模型。该文在均匀线阵模型下系统分析了角度划分对DOA估计稀疏重构性能的影响,从对相关性的分析出发给出了信号的最优稀疏化模型。分析结果表明在实际应用中基于信源信号等正弦空间稀疏化的重构模型是最优的。实验对比了新的稀疏化模型与传统的等角度划分方式得到的流形矩阵的可重构性能,并进行了关于信号重构和信源DOA估计的详细实验分析,验证了所提模型的优越性。     

非均匀噪声背景下混合信号DOA估计算法

针对非均匀噪声背景下非相关信源与相干信源并存时波达方向(DOA)估计问题，提出了基于迭代最小二乘和空间差分平滑的混合信号DOA估计算法。首先，该算法利用迭代最小二乘方法得到噪声协方差矩阵估计，然后对数据协方差矩阵进行“去噪”处理，利用子空间旋转不变技术实现非相关信源DOA估计；其次，基于空间差分法消除非相关信号并构造新矩阵进行前后向空间平滑，利用求根MUSIC算法估计相干信源DOA。相比于传统算法，该算法能估计更多的信源数，在低信噪比情况下DOA估计性能更优越。仿真实验结果验证了该算法的有效性。      

基于迭代近端投影的MIMO雷达多快拍DOA估计

传统基于压缩感知的MIMO雷达DOA估计算法将非凸非平滑稀疏表示问题近似成凸或平滑函数问题进行求解,稀疏表示模型误差的存在导致DOA估计性能不理想。为此,提出了一种基于迭代近端投影的MIMO雷达多快拍DOA估计方法。该方法首先将高维回波数据转换至低维空间以降低空域维度,并对降维后的数据进行奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD),提取信号子空间以降低时域维度,利用近端函数优化模型来表示MIMO雷达多快拍DOA估计中的非凸非平滑稀疏表示问题,然后采用SCAD(Smoothly Clipped Absolute Deviation Penalty)函数获得近端算子以求解该模型。仿真结果表明,该方法在低快拍和低信噪比下相干信源的DOA估计性能优于现有算法。     

Direction-of-Arrival Method Based on Randomize-Then-Optimize Approach

The direction-of-arrival (DOA) estimation problem can be solved by the methods based on sparse Bayesian learning (SBL). To assure the accuracy, SBL needs massive amounts of snapshots which may lead to a huge computational workload. In order to reduce the snapshot number and computational complexity, a randomize-then-optimize (RTO) algorithm based DOA estimation method is proposed. The “learning” process for updating hyperparameters in SBL can be avoided by using the optimization and Metropolis-Hastings process in the RTO algorithm. To apply the RTO algorithm for a Laplace prior, a prior transformation technique is induced. To demonstrate the effectiveness of the proposed method, several simulations are proceeded, which verifies that the proposed method has better accuracy with 1 snapshot and shorter processing time than conventional compressive sensing (CS) based DOA methods.     

基于噪声子空间解析形式的快速DOA估计算法

该文针对特殊的信号环境各辐射源信号均值相等且不为零,利用均匀线阵导向矢量的Vandermonde结构,推导出了噪声子空间的解析形式,并以此为基础提出了利用均匀线阵和稀疏平面阵的1维和2维DOA估计快速算法。该算法不需要计算接收数据的协方差矩阵,也不需要任何矩阵分解,因此计算量远小于传统的超分辨DOA估计,而且无论信号之间是否具有相干性,该方法有相同的估计性能。仿真实验表明,在噪声均值为零且快拍数足够的条件下,该方法的估计性能整体上与Root-MUSIC算法相当,而在信噪比较低时性能优于后者。     

改进的基于拉普拉斯先验的贝叶斯压缩感知算法

贝叶斯压缩感知(Bayesian Compressed Sensing,BCS)通过稀疏贝叶斯回归模型中相关向量机(Relevance Vector Machine,RVM)的学习来解决压缩感知(Compressed Sensing,CS)中的信号重构问题。本文通过修正基于拉普拉斯先验BCS的噪声模型,较好地实现了含噪CS信号的重构。它主要利用稳健型相关向量机(Robust RVM,RRVM),改进了基于拉普拉斯先验的BCS算法。它通过对每个观测噪声方差系数进行最优化估计,来消除内外部噪声对信号重构的影响。相关的仿真验证了在外部脉冲噪声以及内部高斯白噪声共同干扰条件下,相比原始BCS算法,改进算法具有更好的重构性能和稳定性。     

Multi-invariance ESPRIT-like algorithms for coherent DOA estimation

Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Technique(ESPRIT) algorithm can estimate Direction-Of-Arrival(DOA) of coherent signal,but its performance can not reach full satisfaction.We reconstruct the received signal to form data model with multi-invariance property,and multi-invariance ESPRIT algorithm for coherent DOA estimation is proposed in this paper.The proposed algorithm can resolve the DOAs of coherent signals and performs better in DOA estimation than that of ESPRIT-like algorithm.Me...     

Joint estimation of TOA and DOA in IR-UWB system using a successive propagator method

Impulse radio ultra-wideband (IR-UWB) ranging and positioning require accurate estimation of time-of-arrival (TOA) and direction-of-arrival (DOA). With receiver of two antennas, both of the TOA and DOA parameters can be estimated via two-dimensional (2D) propagator method (PM), in which the 2D spectral peak searching, however, renders much higher computational complexity. This paper proposes a successive PM algorithm for joint TOA and DOA estimation in IR-UWB system to avoid 2D spectral peak searching. The proposed algorithm firstly gets the initial TOA estimates in the two antennas from the propagation matrix, then utilises successively one-dimensional (1D) local searches to achieve the estimation of TOAs in the two antennas, and finally obtains the DOA estimates via the difference in the TOAs between the two antennas. The proposed algorithm, which only requires 1D local searches, can avoid the high computational cost in 2D-PM algorithm. Furthermore, the proposed algorithm can obtain automatically paired parameters and has better joint TOA and DOA estimation performance than conventional PM algorithm, estimation of signal parameters via rotational invariance techniques algorithm and matrix pencil algorithm. Meanwhile, it has very close parameter estimation to that of 2D-PM algorithm. We have also derived the mean square error of TOA and DOA estimation of the proposed algorithm and the Cramer-Rao bound of TOA and DOA estimation in this paper. The simulation results verify the usefulness of the proposed algorithm.     

基于贝叶斯压缩感知的子空间拟合DOA估计方法

经典加权子空间拟合算法需进行多维非线性优化,初始参数的难以设置和较大的计算量限制了其应用。结合压缩感知理论,本文提出了一种基于改进贝叶斯压缩感知的子空间拟合DOA估计新方法。该方法首先通过低复杂度的子空间分解算法PASTd估计信号加权子空间,进而基于入射信号的空域稀疏性,将信号子空间拟合建模为多测量值稀疏重构问题,并应用贝叶斯压缩感知算法进行求解。算法在贝叶斯压缩感知的迭代求解中引入了基于相对阈值判决的基消除机制,加快收敛速度的同时避免了矩阵奇异问题。仿真结果表明本文算法在低信噪比、小快拍情况下空间分辨率优于MUSIC和l1-SVD算法,可直接用于相干源的估计,并对信源数目的估计误差具有较强鲁棒性。      

基于协方差矩阵重构的离网格DOA估计方法

针对稀疏表示模型中网格失配导致波达方向角(DOA)估计存在较大估计误差的问题,该文提出一种基于协方差矩阵重构的离网格(Off-Grid)DOA估计方法(OGCMR)。首先,将DOA与网格点之间偏移量包含进所构建接收数据空域离散稀疏表示模型;而后基于重构信号协方差矩阵建立关于DOA估计的稀疏表示凸优化问题;再构建采样协方差矩阵估计误差凸模型,并将此凸集显式包含进稀疏表示模型以改善稀疏信号重构性能;最后采用交替迭代方法求解所得联合优化问题以获得网格偏移参数及离网格DOA估计。数值仿真表明,与传统多重信号分类(MUSIC)、L1-SVD及基于稀疏和低秩恢复的稳健MVDR (SLRD-RMVDR)等估计算法相比,所提算法具有较好的角度分辨力以及较高的DOA估计精度。     

未知信源数目的DOA估计方法

针对信源数目未知情况下的DOA估计问题,该文提出了两种基于稀疏表示的DOA估计方法。一种是基于阵列协方差矩阵特征向量稀疏表示的DOA估计方法,首先证明了阵列协方差矩阵的最大特征向量是所有信号导向矢量的线性组合,然后利用阵列协方差矩阵的最大特征向量建立稀疏模型进行DOA估计;另一种是基于阵列协方差矩阵高阶幂稀疏表示的DOA估计方法,根据信号特征值大于噪声特征值的特性,通过对协方差矩阵的高阶幂逼近信号子空间,利用协方差矩阵的高阶幂的列向量建立DOA估计的稀疏模型进行DOA估计。理论分析和仿真实验验证,两种方法都不需要进行信号源数目的估计,具有较高的精度、较好的分辨力,对相干信号也具有优越的适应能力。     

基于时频子空间分解的宽带线性调频信号DOA估计

针对具有时变方向向量的宽带线性调频信号,该文建立了基于短时Wigner-Ville分布(WVD)的空间时频分布矩阵,通过对各个空间时频矩阵的特征分解获得对应的信号子空间和噪声子空间,给出了基于时频子空间投影实现多个时频点综合估计信号DOA的算法。利用空间时频分布的前后向平滑解决了具有相同时频特性信号的均匀线阵DOA估计问题。算法不需要聚汇和插值等复杂的矩阵变换,精度较高,计算简便.仿真实验显示该算法性能显著优越于基于矩阵插值的宽带调频信号DOA估计算法.     

Novel angle estimation for bistatic MIMO radar using an improved MUSIC

In this article, we study the problem of angle estimation for bistatic multiple-input multiple-output (MIMO) radar and propose an improved multiple signal classification (MUSIC) algorithm for joint direction of departure (DOD) and direction of arrival (DOA) estimation. The proposed algorithm obtains initial estimations of angles obtained from the signal subspace and uses the local one-dimensional peak searches to achieve the joint estimations of DOD and DOA. The angle estimation performance of the proposed algorithm is better than that of estimation of signal parameters via rotational invariance techniques (ESPRIT) algorithm, and is almost the same as that of two-dimensional MUSIC. Furthermore, the proposed algorithm can be suitable for irregular array geometry, obtain automatically paired DOD and DOA estimations, and avoid two-dimensional peak searching. The simulation results verify the effectiveness and improvement of the algorithm.