空间谱估计和数字波束形成的RFID信号辨识

针对超高频和微波段射频识别系统(RFID)信号在噪声干扰和多标签环境下难以辨识的问题,提出一种新的RFID信号辨识方法。以均匀直线阵为基础,采用空间谱估计算法正确估计出波达方向(DOA),再根据信号波达方向通过数字波束形成技术产生自适应定向波束来辨识信号。仿真分析表明,该方法具有较低的信噪比门限和较高的信号辨识和防碰撞性能。     

基于频域ICA的波达方向估计方法

为降低阵元数目和提高相干多径入射信号的波达方向(DOA)估计精度。提出了一种基于频域独立分量分析与波束零点形成相结合的DOA估计方法。该方法综合利用阵列结构信息和目标信号的统计独立特性,与常规算法相比,降低了算法对阵元数目和精度的依赖,并能实现对相干多径入射信号的DOA估计。计算机仿真结果表明,该算法具有少阵元、收敛快、误差小的特点。     

基于波束成形的60GHz无线局域网络定位算法

针对60GHz信号在非视距（NLOS）环境下测距困难的问题,提出一种基于波束成形的60GHz无线局域网络（WLAN）定位算法。首先,通过借助波束成形技术进行最强路径搜索,波束成形算法将天线的最大增益方向指向接收最强多径信号的方向,在增强搜索鲁棒性的同时扩大了定位覆盖范围;然后,对NLOS条件下的时延偏差进行建模,重构NLOS测量数据;最后,为进一步提高定位精度,设置检测阈值,引入异常值检测机制。采用Matlab仿真平台在STAs-STAs信道模型进行仿真,结果表明,NLOS环境下基于传统相干估计的到达时间（TOA）定位算法的定位误差约为2m,定位成功率仅为0.5%,而采用基于波束成形的60GHz定位算法后,定位误差降低至1.02cm,定位成功率高达94%。因此,波束成形技术为NLOS环境下的60GHz定位提供了解决思路,有效地提高了60GHz室内定位精度和定位成功率。     

基于稀疏表示的密集多径非相干信号检测方法研究

为了提高在密集多径信道下信号检测性能,提出了一种基于稀疏表示的非相干检测方法。此方法考虑了稀疏表示的原理及特点,以稀疏信号分解、主成分分析及特征信号提取为基础,通过利用假设检验方法对信号进行最终判决,实现了在密集多径环境下的信号检测。仿真验证了所提方案的可行性,对比了传统方案和所提方案的检测性能,结果表明该方法具有更好的检测能力。     

基于时间平滑和Toeplitz矩阵重构的复相干信号DoA估计

针对相干多径环境,分别利用时间平滑和Toeplitz矩阵重构算法实现了复相干信号的波达方向(DoA)估计,并进一步通过数学分析和计算机仿真对这两种算法的性能进行了对比,得出结论：时间平滑算法和Toeplitz矩阵重构算法对复相干信号的DoA估计均具有效性,Toeplitz矩阵重构算法性能相对较好,但有一定阵列孔径损失;而基于时间平滑算法无阵列孔径损失,可估计M-1个多径信号(M为阵元数),但计算量偏大。     

多径信号的相干性及对测向的影响

在无线电测向领域,相干信号对测向精度和分辨性能有着较大影响,如果将相干信号和多径信号之间的关系相互混淆,会产生较大的测向误差。首先建立了空地多径效应三径模型,对多径信号之间的关系和多径信号对测向的影响进行具体分析;采用相关性理论,对信号的相干性进行了详细分析,进而讨论了多径信号的相干性;最后,在SystemVue软件环境下对空地多径效应三径模型进行了仿真建模,由仿真结果得出了多径信号之间的相干规律及其对测向的影响规律。     

一种MIMO-OTFS低复杂度信号检测算法

由于高速多径环境下频率色散现象严重破坏正交频分复用（OFDM）系统子载波正交性,为解决高速多径环境下的频率色散问题,正交时频空调制技术技术（OTFS）应运而生;而多输入多输出技术（MIMO）具有可以有效提升信道容量和系统可靠性的特点,文章采用了MIMO技术与OTFS技术结合的方法,推导了MIMO-OTFS系统中最大比合并信号检测算法（MRC）理论并加以仿真;针对MIMO-OTFS系统中MRC信号检测算法复杂度过高的情况,提出了一种低复杂度信号检测算法;该算法的基本思想是利用最大比合并方法对时延—多普勒网格中传输符号的接收多径分量进行提取和相干合并,以提高合并信号的信噪比,同时利用Cholesky矩阵分解理论,对信道增益矩阵进行求逆运算的优化,降低了算法复杂度,为MIMO-OTFS系统的实际应用做出贡献;     

基于盲波束成形的异步CDMA信号伪码估计

在分析阵列天线接收的异步CDMA信号的基础上,利用信号子空间与用户特征序列的关系,提出一种新的基于盲波束成形的伪码序列盲估计算法,能在波达方向未知的情况下,估计各个用户的扩频序列。算法克服了子空间盲波束成形算法信源个数必须小于阵元个数且信源波达方向不能靠近的缺点。同时提出一种基于盲波束形成的多用户检测算法,在低信噪比条件下,性能相比于单天线多用户检测性能有很大提高。     

基于调零技术的相干干扰抑制方法

在干扰信号相干的情况下, 一般波束形成方法不能准确地对相干信号和期望信号进行到达角（DOA）估计, 干扰抑制效果较差。通过对相干信号和加权矢量二次型性能函数的分析, 提出了一种相干干扰抑制方法, 即基于多约束最小均方（multiple constrained least mean square, MC-LMS）算法的空域调零抗干扰技术。该方法利用MC-LMS算法迭代计算权值, 并对阵列信号自适应加权输出, 通过频谱分析可以得到抑制干扰的效果。计算机仿真和工程实现表明该方法在复杂的电磁环境下能对相干干扰进行抑制, 并通过抗干扰的数量和抗干扰性能验证了该方法的有效性。     

嵌入式语音识别在混响环境中的信号增强方法*

针对在混响环境中使用嵌入式平台的语音识别系统,提出了一种高效实时的在混响环境下带干扰噪声的语音信号增强方案。该方法以阵列麦克风为前端语音拾取设备,对每个麦克风之间采样得到的语音信号进行多径分集接收处理,通过分析语音信号之间的相位关系,多波束形成,对相干信号延时处理并加权合并提高信噪比以实现对采集得到的语音信号的增强处理;通过调整权值矩阵滤除非语音频段信号和噪声,进而进一步降低可能引入的噪声污染。此外,该方案的算法强度较小,便于在嵌入式平台上使用。     

单基地MIMO雷达中相干目标的波达角和多普勒频率快速联合估计算法

针对单基地MIMO中相干目标的波达角（Direction-of-arrival,DOA）和多普勒频率联合估计问题,提出了一种降维-前向平滑-传播算子算法（Reduced dimension-forward spatial smoothing-propagator method,RD-FSS-PM）。该算法首先通过对接收信号进行降维变换以降低复杂度,继而利用前向平滑技术（Forward spatial smoothing,FSS）实现解相干,最后通过传播算子算法（Propagator method,PM）实现了对相干目标的波达角和多普勒频率联合估计,且无需额外配对。与传统的FSS-PM算法相比,所提算法波达角估计性能提升,多普勒频率估计性能接近而复杂度大大降低。本文同时分析了算法的理论均方误差（Mean squared error,MSE）和单基地MIMO雷达中波达角和多普勒频率联合估计问题的克拉美罗界（Cramer-Rao bound,CRB）。最后提供了详尽的仿真实验以验证算法的性能。     

一种L型阵列的相干分步降维DOA估计方法*

针对相干信号二维波达方向(Direction Of Arrival,DOA)估计运算复杂度高的问题,本文提出了一种基于前后向空间平滑的分步降维MUSIC算法。该算法首先通过前后向空间平滑技术去相干,然后通过一维空间谱搜索得到一维入射角,最后通过最小二乘法得到二维入射角,进而得到相干信号的DOA。仿真实验表明该方法可以实现对相干信号的二维DOA估计,且具有较好的DOA估计性能,同时降低了运算复杂度。     

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。     

基于稀疏表示和约束优化的波达方向估计方法

对于噪声环境中信号源的波达方向(DOA)估计,传统的多信号分类(MUSIC)算法只对不相干信号有效,且所需较多样本。针对此问题,将进行DOA估计的搜索范围看作冗余字典,从而待估计的DOA成为该冗余字典中的某些元素,可以由冗余字典对其进行稀疏表示;其次,利用单次快拍数据,应用二阶锥(SOC)约束优化的方法对该稀疏表示问题进行描述,并进而转化为标准的二阶锥形式,采用有效的优化工具SeDuMi来实现DOA的估计。仿真结果表明,与现有的子空间方法相比,该方法只需单拍数据即可得到较好的估计结果,且无需对信源个数有先验知识,同时适用于相干和非相干信号。     

互耦效应下多组相干源的波达方位估计算法

对于实际环境中存在的多径现象和阵元间的互耦效应,提出一种互耦效应下针对相干源的波达方向估计算法。首先,通过波达方向矩阵法利用二阶矩求出互耦效应下的广义导向矢量;然后对广义导向矢量进行 子空间平滑,通过矩阵变换得到一个线性约束下的规划问题,实现相干源方位和互耦系数的级联估计。该算法只需利用二阶矩求得广义导向矢量,相比常规的四阶累积量方法,减少了计算量;本文算法在解互耦和解相干过程中都没有损失阵列孔径,极大提高了阵元利用效率。计算机仿真结果验证了该算法的有效性。     

一种改进的卫星空时DOA矩阵算法

提出一种改进的基于信号空时特征结构的高分辨二维波达方向(DOA)估计方法——时空DOA矩阵方法。该方法在保持原时空DOA矩阵方法无需二维谱峰搜索和参数配对等优点的基础上,通过构造X轴上的平移不变子阵列,产生2个DOA矩阵,利用这2个DOA矩阵的角度兼并曲线的差异,解决了原时空DOA矩阵方法的角度兼并问题。由于2个子阵可以重复利用阵元,该方法基本无冗余阵元和孔径损失。仿真结果证明了该方法的有效性。     

多径相干信号到达角和衰落系数的最大似然估计

针对多径相干信号到达角(DOA)和衰落系数(FC)的估计问题,在已知信号波形条件下,提出了一种联合估计DOA和衰落系数的改进最大似然估计方法。通过改进最大似然估计求极值获得DOA和衰落系数的解,在联合估计参数时,使用交替极大值技术,降低了估计算法的复杂度,并且推导了最大似然估计的Cramér-Rao界。理论分析和实验表明,该方法与现有方法相比具有更好的估计性能,当来自不同辐射源的多径信号中存在相同DOA时,仍然可以得到很好的估计效果。     

基于空时离散傅里叶变换投影的宽带旋转不变技术估计信号参数算法

利用采样频率和频域数据的关系,对空时离散傅里叶变换(DFT)投影方法进行改进,并且讨论分析了采样频率对其解相干性能的影响,然后将窄带旋转不变技术估计信号参数(ESPRIT)类算法应用到宽带相干源方位估计中,提出一种基于空时DFT投影的宽带ESPRIT算法。仿真结果表明,适当地增加采样频率可以改善空时DFT投影方法的方位估计性能,并且比起快速傅里叶变换(FFT)插值法,空时DFT投影方法具有更加优越的方位估计性能。     

相干信号波达方向估计技术综述

在信号的传输过程中,由于信号反射和折射,导致多径传输产生相干信号。此时信号协方差矩阵出现秩缺,导致传统的超分辨波达方向估计（Direction of arrival,DOA）算法失效。针对相干信号的DOA估计算法被提出,这些算法通过利用阵列导向矢量的特殊性质,对协方差矩阵的秩进行恢复,从而达到解相干的目的。围绕着减小阵列孔径损失、增加可处理信号数量和提高估计精度等目标,新的相干信号DOA估计算法不断被提出,成为阵列信号处理方向的一个研究热点。本文介绍了相干信号的产生和其对DOA估计的影响,给出了相干信号的阵列模型,根据解相干方式的不同,将各种相干信号的DOA估计算法进行分类,并逐类进行阐述,最后展望了相干信号DOA估计未来的研究方向。     

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。