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ANM的宽带非相干子空间DOA估计方法

针对被动探测系统中,经典的宽带信号波达方位(DOA)估计方法在单快拍下无法获得统计结构,导致无法直接有效估计方位的问题,提出了基于最小原子范数(ANM)来修正传统的宽带非相干子空间(ISM)DOA估计方法。该方法首先将宽带信号划分为若干子带,在每个子带上通过将ANM重构成半正定规划(SDP),构造并恢复出最优的Toeplitz矩阵。该矩阵经过特征分解,能够获取准确的信号子空间和噪声子空间,从而得到误差较小的估计角度;最后将各子带的估计角度均值作为宽带信号方位估计结果。仿真结果和分析表明,所提方法提高了宽带信号的方位估计性能。     

分数阶傅里叶变换与虚拟阵列相结合的波达方向估计

针对常规的MUSIC、ESPRIT算法不能估计宽带线性调频(LFM)信号、相干LFM信号和平滑技术解相干在低信噪比下精度不高的问题,提出了一种基于分数阶傅里叶变换(Fractional Fourier Transform,FRFT)与虚拟阵列变换法相结合的宽带相干LFM信号的波达方向(DOA)估计方法。该方法首先将天线阵的观测信号变换到分数阶Fourier域(FRF域),把时域时变的方向向量转化为FRF域时不变的方向向量,然后构造FRF域的阵列信号相关矩阵,用虚拟阵列变换法对相干信号进行解相干,再用ESPRIT算法进行波达方向估计。理论分析和仿真结果表明:在较低信噪比和较少采样快拍时,不仅能实现更准确的DOA估计,而且不损失阵列的孔径,使N个阵元中可估计相干信号源数目达N-1个,提高了阵元数的利用率。     

双重优化的宽带聚焦波束形成算法研究

在相干信号子空间法中确定聚焦矩阵时,对初始方向估计的偏差和聚焦频率选择的偏差都会影响最终的聚焦效果,甚至会使算法失效。针对这个缺陷,提出了一种双重优化的宽带聚焦波束形成算法。该算法利用稳健Capon波束形成算法对聚焦矩阵进行修正,使宽带信号通过修正的聚焦矩阵全部聚焦在最佳聚焦频率上,再对窄带数据利用2阶锥方法实现波束形成。计算机仿真以及湖试实验结果表明,该算法在保证波束恒定的前提下,在各个频率点都具有更低的旁瓣级。     

用于宽带测向的广义阵列流行内插算法

文中把阵列流行内插宽带测向算法应用到均匀线阵上,并给出了求变换矩阵的另外两种方法。与通常的宽带信号子空间方法相比,提出的算法不需要对波达方向进行预估计,且具有对相干宽带信号进行测向的能力。理论分析和仿真实验证明了文中测向算法的有效性。     

基于互协方差的L型嵌套阵列二维波达方向估计

为了解决L型均匀阵列波达方向（DOA）估计分辨率较低、估计信源数受限于阵元数、估计精度易受信噪比影响等问题,提出一种基于互协方差的L型嵌套阵列二维DOA估计算法。利用不同子阵间互协方差矩阵产生较长无冗余阵元的虚拟阵列,消除噪声干扰;利用虚拟阵列及其共轭矩阵构建等效协方差矩阵,实现虚拟阵列信号的解相干;采用旋转不变子空间技术对等效协方差矩阵进行处理,得到目标的角度信息;基于虚拟阵列等效信源的唯一性进行空间信源的角度匹配。对所提算法的DOA估计有效性进行仿真验证,结果表明,在阵元数相同情况下,该算法与L型均匀阵列相比在低信噪比环境下拥有更高的估计精度,能够辨识更多的空间信源。     

基于方向矩阵极分解的宽带信号测向算法

通过对方向矩阵进行极分解构造聚焦矩阵，把各个窄带频率处的信号子空间变换到聚焦频率处的信号子空间。应用R00t—MUSIC算法，无需谱峰搜索，就得到来波方向的估计值。把文中算法应用到均匀线阵上，实验结果证明了算法的高精度、高分辨率性能。     

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.     

基于波束域的多测量矢量欠定系统正则化聚焦求解算法

针对传统波达方向角估计算法采样数据量大导致较大计算复杂度的问题,提出了基于波束域的多测量矢量欠定系统正则化聚焦求解算法。该算法首先基于压缩感知理论对空域稀疏信号进行压缩采样,并将压缩信号从阵元域映射至波束域,进而构造出新的波束域接收信号,而后使用多测量矢量欠定系统正则化聚焦求解算法实现信号的波达方向估计。仿真实验表明,与传统的Capon及MUSIC算法相比,所提算法可对相干信号进行有效DOA估计,具有较高角度分辨力和估计精度;与基于阵元域的正则化聚焦求解算法相比,所提算法具有较低计算复杂度。     

基于RJMCMC方法的水下被动目标声源数和方位联合估计

针对传统的子空间类宽带信号处理方法需要较多的信号快拍数才能取得较好的估计效果这一问题,本文将一种基于时域宽带信号模型的贝叶斯高分辨估计方法用于水下被动目标的方位估计（DOA）。该方法使用宽带信号的时域模型,依据贝叶斯准则构建所需参数的后验概率密度函数,并采用可逆跳变马尔科夫链蒙特卡罗（RJMCMC）方法执行贝叶斯计算,对后验概率密度函数进行峰值搜索。由于其能够在不同维的参数空间中跳转,因此可以进行模型阶数（声源数）和目标方位的联合估计。与传统的子空间类方法相比,这一方法能直接在时域进行信号处理且仅需显著较少的信号快拍数。仿真结果表明,RJMCMC算法能较好地估计出声源数和目标方位。     

战场坦克目标被动宽带MUSIC法定向研究

声目标被动定向算法是声被动探测系统中的关键技术之一，国内外对此技术进行了广泛研究。基于时延估计目标定向分辨率较低，而采用高分辨率空间谱估计定向能获得较高的定向分辨率。极大似然估计，最大熵谱估计和自相关矩阵的特征分解法空间谱估计计算量较大。MUSIC法以其空间谱分辨率高和运算量小而在空间谱估计中得到运用。战场坦克目标声信号的频谱范围在20～200Hz之间属宽带信号，利用整个频谱范围内信号来估计DOA虽然可以提高估计精度，但计算量大。在实际应运中受到限制。实验证明，用几个信噪比高的频谱点采用宽带MUSIC算法来估计DOA，不但能够在较大距离范围内获得较高DOA估计精度，而且能够减少计算量，其估计精度能够满足智能雷弹作战需求。     

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。     

相干分布式目标的方位估计

目标源之间的强相干性,引起接收数据的协方差矩阵的秩亏损,从而可能导致目标漏报。为了解决相干源的方位估计问题以及提高算法在低信噪比下的估计性能,本文提出一种改进的Toeplitz化方位估计方法,即子空间重构法。其原理是根据处理点目标相干源时的方法,对采样矩阵进行Toeplitz化解相干处理,并在此基础上对接收数据的协方差矩阵特征分解后得到的子空间进行重构,从而有效解决相干分布源的方位估计问题。仿真结果表明,该方法能够在低信噪比下提高算法的估计性能,并能有效地对相干源进行估计。     

单矢量水听器的高分辨方位估计应用研究

为了提高单矢量水听器的目标分辨能力,将MUSIC算法用于单矢量水听器方位估计.根据单矢量水听器的阵列流型特点,将子空间分解理论应用到单矢量水听器方位估计上,实现了单个矢量水听器的高分辨方位估计.根据应用中出现的问题,对算法进行改进.计算机仿真结果表明,在无需知道信号先验信息条件下,该算法依靠单个矢量水听器便可实现窄带信...     

适于非均匀线阵解相干的DOA估计算法

在研究用非均匀线阵实现对相干信号源方位估计问题的基础上,提出了一种改善方位估计的阵列设置方法和非相干与相干信源分开估计的DOA估计方法。在阵元数一定的情况下,该方法可使阵列对非相干信号源的分辨力较直均匀线阵(ULA)有较大的改善,还克服了一般稀布线阵方位估计模糊和去相关能力差的缺点,而且还具有很好的信源过载能力和估计性能。计算机仿真证明了该方法的正确性和有效性。     

一种用于水下小尺度运动阵列的目标波达方向估计方法

为解决水下小尺度运动阵列对目标定位的孔径和样本不足问题,采用合成孔径方法实现孔径的扩展。通过分析相干信源情况下不同阵元数与样本数之比时样本协方差矩阵的谱分离特性,提出采用小快拍的主特征空间目标波达方向估计方法。研究结果表明：仿真实验中,阵元数与样本数之比为5时,该方法依然可以正确分辨4个目标;水池试验中,阵元数与样本数之比为4.8时,该方法同样可以准确分辨3个相邻目标。该方法不需要先验信息如信源个数等,解决了小尺度运动阵列在实际应用时所暴露的孔径和样本方面的固有局限,可满足实际应用需求。     

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.     

一种基于四阶累量阵简化的DOA估计方法

我们提出一类新的基于四阶累积量矩阵的DOA估计算法，对累量阵结构作适当的调整，再把它直接应用于已发展的很好的算法(如ESPRIT)中，使算法更加适用于DOA问题。通过与ESPRIT一起使用下面所提的累积量阵，增加了虚拟阵元(两倍于实际阵元数)，且减少了计算量，并因累量对高斯噪声不敏感，提高了算法的分辨能力。仿真试验验证了分析结果，表明了算法良好的性能。