基于解相干TOFS改进算法研究

针对频域子空间正交性测试（TOFS）算法不能处理宽带相干信号波达方向估计（DOA）的问题,提出两种解决方法：一是将修正 Toeplitz协方差矩阵重构技术应用到原TOFS算法中,对各频点协方差矩阵做修正 Toeplitz化预处理,恢复协方差矩阵的秩与目标数目相等,该方法在低信噪比估计精度有所提高,但会导致阵列孔径的减小,当信源数目较多时差较高;是提出一种基于虚拟变换的解相干TOFS改进算法,该方法利用各频点协方差矩阵的特定元素构造虚拟阵列接收数据,而后进行虚拟空间平滑以达到解相干的目的,与现有算法相比,该算法没有阵列自由度损失,且在低信噪比下算法DOA估计精度有了较大程度提高。数值仿真结果验证了该算法的可行性。     

基于实值信号子空间的虚拟阵列解相干算法

针对存在相干信源时,传统的DOA估计算法失效问题,提出一种基于实值特征子空间的虚拟阵列解相干算法.该算法根据虚拟阵列变换的思想,利用阵列接收数据构造虚拟子阵,实现对信号的解相干处理,并将协方差矩阵从复数域变换为实数域,获得一个实值信号子空间,最后利用实数域ESPRIT (Unitary ESPRIT)估计信号波达方向.该方法避免了阵列孔径损失,保持了阵列的空间分辨率,估计精度高,利用个阵元可估计个信源,且引入实数域处理和无需空间谱搜索,运算量小.计算机仿真验证了该方法的有效性和优越性.     

基于均匀面阵的相干信号源二维DOA估计新方法

相干信号源的来波方向(Direction of Arrival,DOA)估计问题一直是阵列信号处理技术的一个研究热点。现实环境中的信号源多为相干的,针对此问题提出一种改进的相干信号源二维DOA估计算法。通过对接收信号协方差矩阵进行矩阵重构处理,将采样数据协方差矩阵的秩恢复到等于信号源的个数;对重构的协方差矩阵进行特征分解,构造出信号子空间矩阵和噪声子空间矩阵,将两个子空间矩阵联合构造出新的空间谱函数;基于新的空间谱函数进行二维谱峰搜索,即可估计出多个入射信号的二维DOA。使用计算机软件进行仿真验证,仿真结果表明了所提方法的有效性。     

酉求根MUSIC算法在双基地MIMO雷达中的应用

研究双基地多输入多输出(MIMO)雷达多目标波离角(DOD)和波达角(DOA)的联合估计问题,提出一种酉求根多重信号分类(MUSIC)算法。该算法在求根MUSIC算法基础上,利用协方差矩阵的中心Hermite对称性质,通过酉变换将协方差矩阵的复数运算转为实数,进行实值特征分解得到噪声子空间,对比原协方差矩阵和实值协方差矩阵的特征对应关系,得出酉求根MUSIC谱函数,分两步分别估计目标DOA和DOD,且计算结果自动配对。相对于传统求根MUSIC算法,该算法只进行协方差矩阵的实值特征分解而不需要进行复数运算,因此大大降低了计算量,而且在不降低阵列孔径的条件下无需空间平滑即具有解相干能力。计算机仿真证明了该算法的有效性。     

一种特殊阵列实现DOA估计的方法

提出了一种基于特殊阵列形式实现DOA估计的方法，在均匀线性阵列（Uniform Linear Array，ULA）上增加一个阵元，将阵元放在特定的位置，得到一组特殊的阵元组合，打破了均匀线阵中导向矢量的周期性，成功地避免了角度估计模糊.此外，该方法在同等硬件资源的条件下，得到了更多阵元组合，可以获得更高的阵列方位分辨率.提出了一种适用于新阵列结构的矩阵分块空间平滑算法，利用其导向矢量的局部周期性将其数据协方差矩阵分块空间平滑后，重新组合得到修正后的数据协方差矩阵，实现了相干信号源的DOA估计.     

一种特殊阵列实现DOA估计的方法

提出了一种基于特殊阵列形式实现DOA估计的方法，在均匀线性阵列（ Uniform Linear Array, ULA）上增加一个阵元，将阵元放在特定的位置，得到一组特殊的阵元组合，打破了均匀线阵中导向矢量的周期性，成功地避免了角度估计模糊．此外，该方法在同等硬件资源的条件下，得到了更多阵元组合，可以获得更高的阵列方位分辨率．提出了一种适用于新阵列结构的矩阵分块空间平滑算法，利用其导向矢量的局部周期性将其数据协方差矩阵分块空间平滑后，重新组合得到修正后的数据协方差矩阵，实现了相干信号源的DOA估计.     

基于矩阵填充的互质阵列欠定DOA估计方法

为了解决现有基于互质阵列的DOA估计方法舍弃差联合阵列中非均匀虚拟阵元而导致最大可估计信号数损失的问题,提出了一种基于矩阵填充的DOA估计方法。首先,根据差联合阵列与波程差一一对应的特性,构造一个部分元素缺失的Toeplitz化的阵列协方差矩阵,建立了基于矩阵填充的DOA估计模型,并验证了该模型满足零空间性质;然后,根据低秩矩阵填充理论,将DOA估计问题转化为矩阵核范数最小化问题进行求解,通过不定点延续算法将该协方差矩阵中的零元素进行填充恢复为完整协方差矩阵;最后,对协方差矩阵进行奇异值分解,转化为多项式求根,得到DOA的估计。仿真实验结果验证了本文方法的有效性和优越性。实验结果表明,本文方法能够对差联合阵列中的空洞部分进行有效填充,增加了可利用的阵列自由度,提高了可估计信号数,同时能够有效避免传统稀疏重构算法中由于角度域离散化导致的基不匹配问题对估计性能的影响,提高了估计精度和分辨力。     

基于nested阵列的高分辨DOA估计

针对nested阵列对邻近信号的分辨力受信噪比和快拍数等因素限制的问题,提出了基于nested阵列的加权子空间平滑M USIC算法.该算法对协方差矩阵向量化以提高整个阵列的自由度,使用空间平滑恢复新接收数据矢量阵的秩,采用校正的噪声特征值对噪声子空间进行加权,并对信号子空间进行空间谱合成,得到新算法的空间谱函数.通过搜索空间谱函数极大值实现DOA估计.结果表明,该算法在低信噪比及小快拍数条件下,对间隔较近的信号具有高分辨力.     

基于改进MUSIC算法的二维DOA估计方法

提出了一种改进的二维MUSIC算法,该算法通过重构阵列接收数据协方差矩阵来降低入射信号源间的相关性,抑制信号子空间向噪声子空间的扩散,从而解决用MUSIC算法估计相干信号源到达方向(DOA)时的漏估计问题.该方法不仅对相关信号源的DOA估计有好的特性,也可以提高非相关信号源的DOA估计特性,而且计算量也没有大的增加.仿真试验证明了改进算法的有效性.     

基于协方差拟合的MIMO雷达高精度DOA估计算法

为了实现多输入多输出(multiple input and multiple out,MIMO)雷达高精度波达方向(direction of arrival,DOA)估计,结合协方差拟合算法和矩阵预处理算法给出解决方案.首先,针对MIMO雷达信号模型进行建模仿真,利用协方差拟合准则得到更接近理论值的协方差信号矩阵,用凸优化方法进行求解;针对噪声和相干信号对估计精度的影响,引入矩阵预处理方法对雷达接收信号进行额外的处理.然后,通过酉变换利用ESPRIT算法对MIMO雷达俯仰角和方位角进行联合估计,降低算法整体DOA估计运算量.最后,通过实验表明,本文所提出算法能在不增加运算量的前提下,有效提高MIMO雷达DOA估计精度.     

利用空间平滑的协方差秩最小化DOA估计方法

针对传统波达方向角估计算法在相干信号及非均匀噪声下估计精度差、分辨率低的问题,基于空间平滑方法,提出一种接收信号协方差矩阵秩最小化波达方向估计方法．在传统空间平滑方法的基础上,所提算法将接收信号协方差矩阵分别左右乘交换矩阵以得到空间后向平滑协方差矩阵;而后基于平滑矩阵的低秩性,将协方差矩阵重构为无噪声协方差矩阵;最后利用传统MUSIC算法实现波达方向估计．仿真结果表明,与传统MUSIC算法、基于矩阵补全理论的MUSIC算法和秩迹最小化算法相比,所提算法能较好地抑制非均匀噪声影响,且在相干条件下具有较好的波达方向估计性能．     

非圆信号的二维相干测向新方法

传统的二维相干测向算法都是针对圆信号提出的,且要求大快拍数和较多阵元数,在低信噪比时估计性能较差.通过充分利用非圆信号的特点和L型阵列的结构优势,提出了一种非圆信号的二维解相干新方法.该方法利用阵列接收信号数据及其共轭信号数据,重新构造阵列接收数据矩阵,有效地扩展了阵列孔径;同时,提出了一种修正的空间平滑技术进行解相干,最后采用ESPRIT算法实现相干信号的二维DOA估计.所提方法具有阵列利用率高的优点,能够有效弥补传统二维测向算法阵列利用率低的缺点,提高了ESPRIT算法在低信噪比时的估计性能.实验仿真结果表明,所提方法能够有效实现二维相干信号估计并且估计性能优良.     

基于二次虚拟扩展的高分辨率波达方向估计方法

为进一步提高天线阵波达方向估计的分辨率,在四阶量多重信号分类方法的基础上,提出一种高分辨率的波达方向估计方法.利用阵列接收数据的四阶矩量进行虚拟阵列扩展,再利用阵列接收数据的共轭进行虚拟阵列扩展,实现二次虚拟扩展;将扩展后的阵列导向矢量和协方差矩阵用于波达方向估计,与原阵列导向矢量和协方差矩阵相比,相当于构造了更多的虚拟阵元,并扩展了阵列的孔径.仿真结果表明:与四阶量多重信号分类等波达方向估计方法相比,所提出的方法在波达方向估计中成功概率更高,均方误差更低,具有更高的分辨率.所提方法通过二次虚拟扩展,构造了更多的虚拟阵元,有效地提高了天线阵波达方向估计的分辨率.     

适于相干信号DOA估计的改进矩阵差分方法

提出一种适用于色噪声背景下窄带信号的波达方向估计方法. 假设未知色噪声协方差矩阵具有对称的Toeplitz结构,利用线性变换改变阵列协方差矩阵,并与阵列协方差相减,理论上消除了噪声对算法估计性能的影响. 新差分算法适用于信号不相干或仅有2个信号相干的波达方向估计. 当相干信号多于2个时,通过与空间平滑算法结合,拓展了算法的应用范围. 与传统差分算法相比,新算法避免了“伪”波达方向估计,降低了计算复杂度. 仿真实验结果表明,新算法具有优越的估计性能.     

An effective DOA method via virtual array transformation

A new DOA estimation method is presented for the virtual array transformation and the improved spatial smoothing algorithm. The new method not only overcomes the weakness of the ambiguity of DOA estimation of arbitrary array, but also improves the abilities of resolution and de-correlation. It is proven to be effective by theoretical analyses and computer simulations. What is more, the method can improve the estimation and resolution of DOA under the condition of sparse practical array.     

基于延时相关预处理的MUSIC算法

针对MUSIC算法的分辨力受信噪比、快拍数及阵元数等因素限制的问题,利用各阵元接收数据的延时相关函数重新构造协方差矩阵,提出了基于延时相关预处理的MUSIC算法.根据阵元间的延时相关函数与原阵列流型及信号延时相关函数的关系,推导了4个与原阵列流型相同（共轭）的延时相关函数矩阵,分别对各矩阵求协方差并按规则求和得到新的协方差矩阵,之后对协方差矩阵进行特征分解,根据信号子空间处理稳健性高和噪声子空间处理估计精度高的特点构造谱函数进行谱峰搜索,实现DOA估计.通过仿真实验验证了本文算法的可行性和有效性.