基于最大似然估计的空间谱测向技术

介绍了基于最大似然估计（简称ML）的空间谱测向,ML是一种高分辨算法,常用于空间测向和谱估计等方面。文中首先介绍了ML测向原理,由于ML是一个非线性、多维的极值问题,需要全局极值的多维搜索,其计算量非常的巨大,因此采用了AP算法进行ML算法的优化,最后通过均匀圆阵对非相干信号和相干信号进行了ML测向的计算机仿真,仿真结果表明：一个阵列对空间多个信号的分辨能力除了与信噪比有关外,还与入射信号是否相干以及两相干信号的相位差有关,ML算法可以直接对相干的入射信号进行测向,但是信号的相干性会影响ML算法测向的角度分辨率,在两信号相关的情况下,两信号间的相位差越大则测向精度越高。     

信号相关性与修正MUSIC算法二维波达方向估计

实际环境中相干信号源是普遍存在的,但传统的多信号分类(MUSIC)二维测向算法不能处理相干信号的问题,为此,采用修正MUSIC(MMUSIC)算法进行二维波达方向(DOA)估计,将修正MMUSIC算法的应用范围由一维的均匀线阵(ULA)扩展到二维中心对称阵,并理论推导出MMUSIC算法的测向性能与信号相差的余弦值呈反比。仿真实验中,二维MMUSIC对相隔4°以上两相干信号的分辨概率能够达到90%以上。     

一种新的高分辨稳定阵列信号估计算法

为提高信号的分辨率,提出了一种新的基于均匀线阵的高分辨稳定的阵列信号方向(DOA)估计方法。主要利用阵列接受数据的自相关矩阵进行特征分解,得到最大特征值所对应的最大特征向量。按一定的方式对最大特征向量数据进行重排,构成新的矩阵,通过SVD分解获取信号的噪声子空间,然后利用特征空间的正交性进行DOA估计。新方法由于新构矩阵的特殊性能实现相干和非相干信号的同时分辨,能克服常用阵列信号估计MUSIC法信噪比门限较高以及常用解相干平滑算法(FBSS)无法完全利用阵列接受数据自相关矩阵的固有缺陷。大量的计算机仿真实现表明,方法是一种高分辨、高稳定性的DOA估计算法。     

相干信号源时空二维谱估计的通用方法

针对经典二维谱估计算法中,出现的关于阵列阵元的损失和无法分辨相干信号源的问题,提出了一种有效利用信号的时间信息以及避免常用阵列模型中阵元损失的时空二维天线阵列,并为了解决相干信号失效的问题,采用时空二维阵列接收到的数据进行合理的排列,对得到的数据协方差进行处理,处理方法有很好的求解相干信号能力。文中以MUSIC和ES-PRIT算法为例,说明得到改进后的新算法有效性。大量实验证明改进后的算法具有很好的解相干能力和稳定性。     

提高阵列天线DOA估计的改进MUSIC算法

在阵列信号处理中,经典的MUSIC算法是建立在非相干信号模型的基础上的,对于低信噪比条件下的相干多径信号和信源间隔比较近的信号,MUSIC算法难以估计出它们的DOA.利用求根MUSIC算法在小样本空间性能优异的特点,在重构数据协方差矩阵的基础上,通过理论推导.这里给出了一种基于求根MUSIC的改进算法,用于提高低信噪比条件下的相干多径信号与信源间隔比较近的信号DOA谱分辨能力,计算机仿真结果验证了这种方法的有效性.且与修正MUSIC算法相比较,谱分辨能力有明显的提高.     

基于均匀圆阵的相干信源二维角估计方法

论述了一种利用旋转子空间不变技术对相干信源二维角估计的方法。此方法通过对天线阵列进行虚拟平移，相当于将信号矢量进行旋转，从而使相干信号源的协方差矩阵的秩恢复为满秩，达到去相干的目的。该方法解决了均匀圆阵对二维相干源的测向问题。计算机仿真结果证实了该算法的有效性。     

相干信号的空间谱估计算法研究

研究相干信号谱估计精度问题,由于空间信号噪声影响,识别精度低。为此提出了一种改进的解相干谱估计算法——全局滑动修正算法。可通过对平滑子阵划分的修正,突破了阵列布局限制,有效地使可利用的子阵数目大于双向空间平滑中的子阵个数,采用全部的阵元当做一个滑动的子阵,得到一个新的包含空间谱信息的协方差矩阵,再对其进行特征值分解,然后按照MUSIC算法进行谱估计。仿真结果证明,全局滑动修正算法能很好地对相干信号进行解相干DOA估计,并且在信噪比较低时,比前后向空间平滑算法具有更高的估计精度。     

一种混合源环境下的波达方向估计方法

提出了一种基于均匀线阵的混合源波达方向DOA估计的新方法。该方法首先利用传统MUSIC方法估计出非相干信号源的DOA,然后对整个阵列数据协方差矩阵进行差分消除不相关源信号和噪声的影响,再对此差分矩阵进行特殊的空间平滑去相干,利用重建的数据协方差矩阵估计相干源的DOA。此方法的特点是分别估计不相关信号和相干信号的DOA,优点是在可估计出多于阵元数信号的前提下具有较高的DOA估计精度和稳健性。理论分析和仿真结果表明此方法的估计性能优于空间差分平滑算法。     

一种相干信号DOA估计的新方法研究

针对自适应阵列信号处理中的关键问题之一波达方向(DOA)估计,首先介绍了阵列信号处理中DOA估计的一般处理方法,如先对信号进行解相干处理后用经典MUSIC算法进行估计,然后给出了一种用于相干信号DOA估计的基于扩展卡尔曼滤波理论的新方法,并通过详细理论分析与一般的相干信号DOA估计的处理方法比较表明,不依赖于输入信号的协方差矩阵的特征值属性,能够利用较少的阵元对相干信号DOA和功率同时进行准确估计,仿真效果良好,证明有实用性,对自适应阵列信号处理中对相干信号干扰的研究有一定意义.     

基于近场聚焦波束形成方法的声场定位研究

海洋环境中的声场定位,是水声学研究领域中的一个经典问题,尤其是用于海区警戒来监听敌方潜艇的近场定位问题.以往的近场定位研究,通常使用线列阵模型,利用常规聚焦波束形成方法进行定位处理,不仅出现了“左右舷模糊”问题,而且对信号定位不甚理想.为此提出基于半圆阵的四阶累积量MUSIC近场聚焦波束形成算法.通过仿真比较了多种聚焦波束形成在近场线列阵和圆阵条件下的定位性能,结果表明,半圆阵成功地解决了直线阵列出现的“左右舷模糊”问题,基于四阶累积量的MUSIC近场聚焦波束形成可以达到更为平滑的背景以及较小的旁瓣级,定位性能明显优于基于MVDR算法的聚焦波束形成高分辨率被动定位方法.     

非均匀线阵的宽带波达方向估计

研究了基于非均匀线阵的宽带DOA估计问题和非均匀线阵的阵形。对宽带相干信号子空间算法（CSM）和修正MUSIC算法（MMUSIC）的基本原理作了简单介绍。基于修正MUSIC算法和CSM算法,提出了一种适合非均匀线阵的宽带DOA估计算法。仿真结果表明提出算法在非均匀线阵对称布阵方式下取得很好的效果,提高了DOA估计性能。     

DPT和虚拟阵列相结合的相干NLFM信号的DOA估计

针对无线电通信领域中经常遇到多径传输和反射因素的现象,必须考虑宽带相干信号源的存在。提出一种离散多项式相位变换(DPT)与虚拟阵列变换法相结合的相干非线性调频(NLFM)信号的波达方向(DOA)估计方法,并对其中的算法做了对比、分析和改进。解决了常规MUSIC、ESPRIT算法不能估计宽带信号、相干信号的问题,不仅能更准确地进行DOA估计,而且不损失阵列的孔径,提高了阵元数的利用率。同时还提出了当两个信号源很近的情况下的角度估计算法。仿真实验证明了该算法的有效性。     

基于模式空间算法的声源二维DOA估计

针对传统高分辨率谱估计法估计远场声源波达方向（direction of arrival, DOA）时计算量大、对相干信号估计失准的问题,本文提出一种改进的基于圆形麦克风阵列和四阶累积量的声源二维DOA估计算法。该算法结合了圆阵定位无死角的优势和矩阵虚拟扩展获得更多声源定位信息的长处。首先利用模式空间变换将均匀圆形阵列（UCA）虚拟化成2K+1个均匀线性阵列（ULA）,并应用空间平滑技术将虚拟线性阵列划分成L个子阵;接着利用四阶累积构造方法提取有效阵元信息并去掉冗余数据,通过重构矩阵得到新的接收数据;最后通过Music-like算法搜索谱峰获得声源信号的方位角和俯仰角。仿真结果表明,在信噪比较低时,相比传统的高分辨谱估计算法,本文算法可实现对远场相干信号的高精度估计;同时本文算法也具有更低的均方根误差性能,且能有效减少运行时间。     

基于混合型MUSIC算法对相干信源DOA估计

在实际通信环境中,由于传播环境的复杂性使空间中存在大量的相干信号,从而导致信源协方差矩阵的秩亏缺。为使得矩阵的秩恢复到等于信号源数并解决相干信源波达方向（direction of arrival ,DOA）估计问题,提出了一种混合型MUSIC算法。该算法通过前后向空间平滑技术对天线阵列进行预处理,并将得到的新协方差矢量矩阵应用于改进的IMUSIC算法进行信号数据处理分析,得到相干信号的DOA角度估计。仿真结果表明,在信噪比低的情况下,信号间隔很小且存在相关信号时,混合型MUSIC算法能准确地估计出信源的DOA,验证了该算法的高分辨率和高性能。     

改进Geese算法对信号的DOA估计

针对传统的空间谱估计算法对相干源的波达方向（DOA）估计会失效的问题，该文在利用信号子空间特征向量生成广义特征值（Generalized Eigenvalues utilizing Signal subspace Eigenveetors，Geese）算法基础上，结合空间平滑技术对接受数据进行预处理，提出一种改进的Geese算法。该算法由于不需方向搜索且只利用信号子空间，大大降低了计算复杂性。计算机仿真结果表明，与Geese算法相比，该改进算法既能够有效地估计出独立信号源的DOA，也能有效地估计出相干信号源和相隔比较近的低信噪比信号源的DOA。对于独立源的估计，在相同条件下，估计性能也要优于经典的空间谱估计算法（ESPRIT算法和MUSIC算法），从而证明该算法的合理性。     

基于数字波束形成的相干标签信号检测方法

以均匀直线阵为基础,提出一种在相干多径环境下检测标签信号的方法。结合加权空间平滑技术的MUSIC算法对相干多径信号的波达方向进行估计,根据波达角用线性约束最小方差准则调整权值,通过数字波束形成技术产生自适应定向波束,达到提高在相干多径环境下检测标签信号成功率的目的。实验结果证明了该检测方法的有效性。