基于矩阵重构的DOA阵元位置误差校正方法

针对阵元位置误差引起阵列流型出现一定的偏差和扰动,从而导致多重信号分类(MU-SIC)算法估计波达方向(DOA)性能下降的问题,本文在Toeplitz预处理算法的基础上,提出了一种基于矩阵重构的阵元误差校正算法.所提算法首先对有阵列位置误差的协方差矩阵进行预处理,恢复理想情况下协方差矩阵的Toeplitz结构,然后利用核范数优化算法构造凸优化函数,对处理后的协方差矩阵进行降噪,同时保证信号和噪声子空间的正确划分,最后利用MUSIC算法进行DOA估计.计算机仿真和实验分析表明,所提算法有效改善了存在阵元位置误差时MUSIC算法的角度分辨能力,而且减少了由快拍数不足带来的影响,提高了估计精度.     

基于协方差矩阵重构的互质阵列DOA估计方法

针对现有基于互质阵列的DOA估计方法,由于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损失的问题,提出了基于协方差矩阵重构的互质阵列DOA估计方法。根据差联合阵列与波程差一一对应的关系,将协方差矩阵扩展为一个部分元素缺失的Toeplitz矩阵;通过求解迹范数最小化问题实行对协方差矩阵中零元素的填充,阵列自由度得到提升;利用求根MUSIC方法实现DOA估计。仿真结果表明:该方法有效提高了可估计信号数且能够有效避免传统稀疏重构算法中模型失配对估计性能的影响。     

互质极化阵列的DOA估计算法研究

针对极化阵列计算复杂度高、互耦效应大的难点问题,提出一种基于三正交偶极子互质阵列的极化稀疏算法,用于波达方向(DOA)估计.首先充分利用三正交偶极子三个通道的所有信息,形成一个拥有更多阵元的虚拟线阵,使得原本不相干的信号变为相干信号;然后进一步使用前后向空间平滑的方法对虚拟阵列的协方差矩阵进行解相干.该算法可以扩展阵列...     

基于互质阵列的信号波达方向估计算法

互质阵列具有灵活的天线摆放形式,相比于均匀阵列,有更大的阵列孔径,可以获得更高的自由度从而减少硬件资源成本,因此受到广泛的关注。本文针对基于互质阵列的空间平滑MUSIC算法(互质SS-MUSIC算法)估计精度低、计算量较大的问题,提出两种基于Toeplitz矩阵重构的互质阵列DOA估计算法。两种算法均利用扩展互质阵列构造虚拟阵列,然后进行协方差矩阵重构,重构后的矩阵是Toeplitz矩阵,对其进行划分,对划分后的矩阵进行特征值分解,求出信号子空间和噪声子空间,从而得到信号的入射角度。仿真实验结果表明,两种算法均能够实现信号的欠定DOA估计,与互质SS-MUSIC算法相比,两种算法在低信噪比-5 dB时的测向误差分别减少1.1°和0.5°,具有更高的估计精度;在相同条件下,运行时间分别减少45.9%和69.1%,具有更低的计算复杂度。     

基于双平行互质阵列的二维非网格DOA估计

近年来,基于稀疏表示的DOA估计方法已经被广泛提出,这些方法都需预设离散的网格点,而实际信号来波方向在空间域内具有随机性,任何来波方向都是等概率出现,很有可能信号的来波方向不在网格上,因而会存在网格误差,使DOA估计结果产生较大偏差。为提高DOA估计精度,本文提出了非网格的DOA估计模型。同时,为提高测向自由度,本文应用由两个均匀线阵组成的互质阵列,并且将两个均匀线阵平行放置在同一平面。通过将两均匀线阵的互协方差矩阵向量化成互协方差矢量,可得到一维虚拟扩展的接收数据矢量,并且在稀疏表示框架下应用相应的稀疏恢复算法恢复出跟DOA参数相关的向量,从该向量中得到唯一的并且自动配对的二维DOA估计参数。仿真实验结果验证了本文算法较传统算法具有更好的DOA估计性能。     

基于相关TOP矩阵的相干信源数盖氏圆估计方法

大部分高分辨波达方向估计算法都是以特征子空间分解为基础的,所以正确估计信号源数对算法结果有效性起着至关重要的作用。该文提出了一种基于均匀线形阵列的相关Toeplitz矩阵构造方法,并结合盖氏圆半径法形成一种相干信源数估计的盖氏圆改进方法,将接收阵列各阵元与参考阵元输出信号做相关,得到一组相关向量,应用相关Toeplitz矩阵构造算法构造阵列输出的Toeplitz矩阵,从而得到去相干的盖氏圆估计矩阵,最后再应用盖氏圆准则完成相干信源数估计。仿真结果表明,本文所用相关Toeplitz矩阵构造算法达到了去相干的作用,扩展了盖氏圆半径法的应用范围,使得盖氏圆准则在不损失阵列有效孔径前提下,能够有效估计相干信源数目。     

基于声矢量阵虚拟扩展的张量MUSIC算法

提出了一种基于声矢量阵虚拟扩展的张量MUSIC算法。在等间距均匀声矢量阵阵元数不变的前提下,多次虚拟扩展阵元间距,形成多个虚拟阵列,利用张量MUSIC算法求得这些虚拟阵列对应的空间谱,利用对这些空间谱求平均的方法来抑制栅瓣。仿真结果验证了所提算法对抑制栅瓣的有效性。与张量MUSIC算法的仿真比较结果显示:对于单目标,该算法有更高的估计精度与分辨率;对于角度相距较近的双目标,该算法有更高的分辨率。     

基于非圆信号对阵列干扰下的最佳阵元数研究

针对理想情况下,空间谱估计算法的测向性能随阵元数目增加而提高,然而实际工程中存在通道不一致和互耦等干扰,使阵元数目与测向精度不再成正比问题,提出一种研究最佳阵元数的方法。在阵列干扰条件下,利用非圆信号的伪协方差矩阵不为零特性,基于空间谱估计算法,以测角精度和测向成功概率为指标,分别在均匀线阵和均匀圆阵下研究最佳阵元数目。通过仿真分析得出,研究不同阵列形式下的不同目标个数的最佳阵元数目,对抗干扰至关重要。     

双基地多输入多输出雷达收发四维角联合估计

基于收发分置双L型阵多输入多输出雷达,提出了利用阵列接收数据的互相关去噪特性,进行目标辐射源收发四维角高精度联合估计的新方法。通过对匹配滤波后的阵列接收数据进行重构和互相关操作,可有效消除空间噪声影响,提高角度测量精度。将收或者发二维角的联合估计转化为两个一维估计,且只需对低维度矩阵进行特征分解,减轻了运算负担。利用特征值求取收或者发俯仰角,利用相应的特征向量构造出的虚拟阵列响应矩阵求取与其自动配对的收或者发方位角。仿真实验表明,该算法以较低的运算复杂度,实现了对空域多目标收发四维角的准确估计,估得的收或者发二维角能够自动配对,在低信噪比和短采样数据情形下,具有优良的角度估计性能。     

基于非圆信号的阵列扩展方法

提出了一种基于非圆信号的稀疏分解DOA估计方法,用于解决非圆信号数多于阵元数时的DOA估计问题。该方法首先利用非圆信号为实值信号的特点,用阵列上的接收数据及其共轭拼接构造一个新的扩展矩阵,选择扩展协方差矩阵的第一列作为稀疏分解向量,利用扩展阵列的导向矢量构造完备字典,建立了DOA估计的稀疏模型。仿真结果证明了该方法的可行性和有效性。     

基于无噪协方差矩阵变换的宽带测向算法

宽带测向一直是阵列信号处理领域研究的热点。本文提出了一种基于无噪协方差矩阵变换的宽带测向算法。该算法通过构造变换矩阵,把各个窄带频率处的无噪协方差矩阵变换到聚焦频率处,然后应用子空间的方法得到波达方向估计值。与通常的信号子空间宽带测向算法相比,本文提出的算法不需要对波达方向进行预估计。理论分析证明了本文波达方向估计算法的无偏性。把该算法应用到均匀线阵上,仿真实验结果证明了算法的有效性。     

基于多级维纳滤波器的声矢量阵空间谱估计算法

针对传统的声矢量阵高分辨空间谱估计（来波方向估计）算法运算量大、不易于工程实现的问题,提出一种基于多级维纳滤波器(MSWF)的声矢量阵快速来波方向估计算法,即V-MSWF算法,选取声矢量阵参考阵元声压通道的输出作为期望信号,通过MSWF的递推运算得到信号子空间。通过计算机仿真及消声水池实验对V-MSWF算法的性能进行了验证。结果表明,V-MSWF算法无需计算阵列协方差矩阵及特征值分解运算,在高信噪比条件下,具有良好的来波方向估计性能。     

二维超分辨测向天线阵性能仿真与分析

文中在MUSIC算法的基础上，建立了平面任意形状阵列二维超分辨测向的数学模型及通用算法。针对不同天线阵列结构对二维测向性能的影响问题，分别以双排均匀线阵、均匀圆阵、均匀正方形阵和均匀L阵为模型进行了计算机仿真实验，并对这几种阵列的二维测角精度和稳健性进行了较全面的比较分析，得出了较理想的阵列设计方案。     

MUSIC算法在GPS干扰检测及抵消中的应用

由于GPS信号的低能级特性,在有些应用场合GPS接收机需采取抗干扰措施。在均匀线性天线阵条件下,文中采用MUSIC算法对干扰进行了抵消,并进行GPS信号捕获的仿真。仿真实验表明,多重信号分类法(MUSIC)对于大干扰噪声比(J/N)的干扰具有较高的到达角度(DOA)估计精度和信号噪声分离度。当GPS信号和干扰信号的DOA相差一定角度时MUSIC算法能够提高GPS接收机的抗干扰性能。     

存在阵列误差条件下的信号波达方向和多普勒频率估计

在均匀线阵存在阵列误差的情况下，提出了一种信号波达方向和多普勒频率估计方法。首先建立了阵列误差模型，采用总体最小二乘法和最大似然法，估计出多个信号的波达方向和多普勒频率，并分析了相位模糊性及给出了解模糊方法。仿真结果表明，此算法是有效的，并具有一定的稳健性。     

基于分数阶傅里叶变换的线性调频脉冲信号波达方向估计

针对宽带线性调频脉冲信号的时宽与观测时宽不等的情况,基于分数阶傅里叶变换(FRFT)提出了一种新的中心频率估计方法,并据此对基于FRFT的MUSIC算法的波达方向(DOA)估计进行了改进。该算法利用线性调频信号在傅里叶变换域良好的能量聚集性,分析了脉冲信号中心频率随着脉冲信号在观测时间内位置的变化规律,并修正了中心频率估计的方法。在相应的分数阶傅里叶域,构造分数阶傅里叶域的方向向量,利用MUSIC算法进行DOA估计。数值仿真验证了该算法对方位估计的有效性,并仿真分析信噪比（SNR）和脉冲信号时间宽度对方位估计结果的影响。随着SNR的增大、脉冲信号时间宽度的增加,方位估计方差减小。     

时变环境对信源数估计及盲源分离的影响分析

针对信号来波方向突变、源信号个数及信号样式发生变化,对辐射源个数估计及盲源分离(blind source separation,BSS)结果的影响进行分析。源信号个数的估计采用基于信息论准则的估计方法,采用自适应盲分离算法 进行信号盲分离。实验结果表明：混合矩阵发生突变时,使用接收数据进行信源数估计,无法正确估计信源数;当 混合矩阵未发生突变,而信号样式发生突变时,源数估计算法能准确估计来波方向数;若混合矩阵不变,在某一来 波方向信号样式的改变,对信号的盲分离不会产生不利影响,可将该来波方向不同的信号样式分开;若混合矩阵不 变,阵列接收信号中信号个数的改变,对信号分离结果没有明显的不利影响。分析结果表明：该研究对评估信源数 估计算法和盲源分离算法在实际环境中的应用效果具有一定参考价值。     

球谐域传播算子快速声定向算法

为了在低信噪比情况下宽带声源可以获得较好的波达方向（DOA)估计并且降低运算量,将正交传播算子算法推广应用于球谐域。在建立球阵列声场模型基础上,提出两种基于球谐传播算子定向算法,即使用球傅里叶变换成分获得传播算子的算法和使用球傅里叶变换成分的交叉谱矩阵获得传播算子的算法。分析了不同半径的球阵列频率适应范围,解决了宽带声源频率适应性问题;比较分析了上述两种算法和球谐域多重信号分类算法在不同信噪比下的DOA估计性能,进行声源定向实验并测试3种算法的DOA估计用时。实验结果表明,两种算法均具有运算量小、花费时间少且定向准确的特点。     

基于单辅助源的阵列幅相误差校正方法

研究了一种基于辅助信源的阵列校正算法.当阵列存在不依赖方位的幅相误差时,用本文的方法对阵列进行校正,校正后的各个阵列各个通道的增益和相位均达到一致,对修正后的阵列采用MUSIC算法得到了准确的波达方向估计值,仿真试验验证了该方法的有效性和可行性.