基于TOEPLITZ重构的压缩感知嵌套阵列DOA估计

针对传统稀疏阵列波达方向（DOA）估计算法在小快拍数、低信噪比和多信源数等条件下的估计精度不高的问题,提出了一种基于TOEPLITZ重构的压缩感知嵌套阵列DOA估计方法。首先利用TOEPLITZ重构方法将虚拟阵列的输出信号向量构建成满秩协方差矩阵,然后利用信号在空间域的稀疏性,将阵列协方差矩阵进行稀疏表示,通过噪声子空间和信号子空间的正交关系构建权值向量,对稀疏向量进行加权约束,最后通过求解最优化方程获取入射信源的DOA估计。仿真结果表明,本文方法比传统稀疏阵列DOA估计算法在低信噪比、小快拍数和多信源数下具有更好的DOA估计性能。     

互质阵列DOA估计性能综合分析北大核心CSCD

互质阵列是近年来兴起的新型阵列,能显著提高阵列自由度,处理信源数大于阵元数时的波达方向(DOA)估计,且能提高角度分辨率和测角精度。文中根据互质阵物理阵元和虚拟阵元特点,结合多重信号分类(MUSIC)算法提出适用于互质阵基于物理阵列和虚拟阵列的DOA估计方法。该方法以非相干信号源为研究对象,利用互质阵列建立信号接收模型,基于物理阵列的DOA估计方法根据互质阵物理阵元位置特点推导其导向矢量,然后根据导向矢量计算回波信号数据和信号协方差矩阵,最后利用MUSIC算法进行DOA估计。基于虚拟阵列的DOA估计方法根据其虚拟阵元数据特点在向量化协方差矩阵并去冗余后选取连续虚拟阵元接收数据,然后对新协方差矩阵进行一维Toeplitz平滑重构,最后利用MUSIC算法或求根MUSIC算法进行DOA估计。与等阵元数的均匀线阵进行对比,仿真实验验证了互质阵列DOA估计性能的优越性。     

基于虚拟孔径扩展的非均匀稀疏阵无模糊测向算法

针对常规均匀线阵DOA估计中可估计信源数目不足的问题,提出了一种基于虚拟孔径扩展的非均匀稀疏阵无模糊测向算法。该算法在传统MUSIC算法模型基础上,首先对阵列接收信号协方差矩阵进行向量化处理,通过Khatri-Rao积运算实现孔径扩展,提高了阵列自由度。然后利用任意阵列下的空间平滑恢复新协方差矩阵的秩,最后通过MUSIC算法进行DOA估计。仿真实验结果表明,与传统MUSIC算法相比,该算法可以在阵元数目小于信源数目的条件下实现DOA估计,大大增加了可估计信源数目,同时在低信噪比、小快拍条件下仍能得到DOA估计结果。     

基于虚拟孔径扩展的非均匀稀疏阵无模糊测向算法

针对常规均匀线阵DOA估计中可估计信源数目不足的问题,提出了一种基于虚拟孔径扩展的非均匀稀疏阵无模糊测向算法。该算法在传统MUSIC算法模型基础上,首先对阵列接收信号协方差矩阵进行向量化处理,通过Khatri-Rao积运算实现孔径扩展,提高了阵列自由度。然后利用任意阵列下的空间平滑恢复新协方差矩阵的秩,最后通过MUSIC算法进行DOA估计。仿真实验结果表明,与传统MUSIC算法相比,该算法可以在阵元数目小于信源数目的条件下实现DOA估计,大大增加了可估计信源数目,同时在低信噪比、小快拍条件下仍能得到DOA估计结果。     

基于虚拟孔径扩展的非均匀稀疏阵无模糊测向算法

针对常规均匀线阵DOA估计中可估计信源数目不足的问题,提出了一种基于虚拟孔径扩展的非均匀稀疏阵无模糊测向算法。该算法在传统MUSIC算法模型基础上,首先对阵列接收信号协方差矩阵进行向量化处理,通过Khatri-Rao积运算实现孔径扩展,提高了阵列自由度。然后利用任意阵列下的空间平滑恢复新协方差矩阵的秩,最后通过MUSIC算法进行DOA估计。仿真实验结果表明,与传统MUSIC算法相比,该算法可以在阵元数目小于信源数目的条件下实现DOA估计,大大增加了可估计信源数目,同时在低信噪比、小快拍条件下仍能得到DOA估计结果。     

基于虚拟孔径扩展的非均匀稀疏阵无模糊测向算法

针对常规均匀线阵DOA估计中可估计信源数目不足的问题,提出了一种基于虚拟孔径扩展的非均匀稀疏阵无模糊测向算法。该算法在传统MUSIC算法模型基础上,首先对阵列接收信号协方差矩阵进行向量化处理,通过Khatri-Rao积运算实现孔径扩展,提高了阵列自由度。然后利用任意阵列下的空间平滑恢复新协方差矩阵的秩,最后通过MUSIC算法进行DOA估计。仿真实验结果表明,与传统MUSIC算法相比,该算法可以在阵元数目小于信源数目的条件下实现DOA估计,大大增加了可估计信源数目,同时在低信噪比、小快拍条件下仍能得到DOA估计结果。     

基于协方差矩阵加权截断核范数的DOA估计

针对互质阵列通过差联合处理得到具有高自由度的虚拟阵列存在空洞位置,导致子空间类算法不适用、阵元利用率不足等问题,文中提出了一种基于加权截断核范数的协方差矩阵重构的波达方向(DOA)估计算法。该算法首先根据虚拟域信号表达式和空洞位置构建待填充矩阵;然后,利用最小化加权截断核范数实现阵列插值;最后,迭代重构接收信号协方差矩阵得到角度功率谱估计。仿真结果表明：所提算法可快速准确地实现DOA参数估计,相比基于最小化核范数和截断核函数正则化的DOA估计算法,该算法具有良好的鲁棒性,在快拍数小和信噪比低的情况下均具有较高的估计精度。     

三正交分离式极化敏感阵列的波达方向估计

该文研究了分离式极化敏感阵列(SS-PSA)的多目标波达方向(DOA)估计问题。首先建立三正交分离式极化敏感均匀稀疏阵列的信号模型;接着利用阵列的旋转不变性采用ESPRIT算法计算出多值模糊DOA估计;利用该模糊DOA估计值对分离式极化天线进行空间相移的补偿,然后利用共点式极化天线之间的多维角度结构求出对应的虚拟DOA估计;最后通过提取多值模糊估计值和对应虚拟估计值之差的最小范数得到多目标的DOA估计。该文所提阵列采用分离式极化天线代替传统共点式极化天线,降低了阵列的互耦影响;采用稀疏阵列结构有效地扩展了阵列的物理孔径,大大提高了DOA估计精度。计算机仿真结果证明了该算法对分离式极化天线DOA估计的有效性和高精度性。     

基于虚拟阵列空间平滑的相干信号DOA估计

 针对相干共轭循环平稳信号的DOA估计问题,提出了一种基于虚拟阵列前后向空间平滑的方法。该方法利用特定阵元输出间共轭循环相关函数的多时延采样,构造出与真实线阵阵元具有一一对应关系的虚拟阵列,并将空间平滑技术应用于该虚拟阵列实现了相干信号DOA估计。理论分析和仿真结果均表明,与FBSS-CCMUSIC算法和CCHAM算法相比,本文方法避免了最优时延选择问题,并获得了更高的DOA估计精度,同时,对信号不同入射方向也具有较好的稳健性。此外,该方法也可推广用于具有循环平稳特性的信号。     

宽带信号源的波达方向估计新方法

针对信号源数多于天线阵元数的情况,提出了一种新的宽带信号波达方向(DOA)的估计方法.与传统方法一样,首先把宽带信号分解为互不重叠的窄带部分,通过将信号频率的不同等效为阵元间距的不同而得到多个阵列,合理组合这些阵列可以获得一个多阵元的虚拟阵列,对此虚拟阵列的输出运用传统的窄带信号子空间方法即可进行高分辨DOA估计.不需要对阵列输出进行"聚焦"变换及角度预估计,并且利用两个阵元即可对多个宽带信号进行空间谱估计.仿真结果证明了该方法在信号源数多于阵元数情况下的有效性.     

Reactance domain MUSIC algorithm for electronically steerable parasitic array radiator

Conventional adaptive array antenna processing must observe signals on all of the array antenna elements. However, because the low-cost electronically steerable parasitic array radiator (ESPAR) antenna has only a single-port output, none of the signals on the antenna's parasitic elements can be observed. A direct application of most of the algorithms for the conventional adaptive array antenna is impractical. In this paper, A technique of estimation of direction-of-arrivals (DoAs) is proposed for the ESPAR antenna. This technique is based on the modified MUltiple SIgnal Classification (MUSIC) algorithm. The correlation matrix used in the MUSIC algorithm is estimated from the signal received through the single-port output of the ESPAR antenna as it switches over a set of antenna patterns. Simulation results show that DoAs can be estimated by the reactance domain MUSIC algorithm for ESPAR antennas. Furthermore, the statistical performance on estimation error variance of the reactance domain MUSIC estimator is analyzed and compared with the Crame/spl acute/r-Rao lower bound. Analytic and empirical results show that high-resolution DoAs estimation can be achieved by using the reactance domain MUSIC algorithm for ESPAR antennas.     

Analysis of constrained LMS algorithm with application to adaptive beamforming using perturbation sequences

Adaptive antenna array processing employing a constrained least mean square (LMS) algorithm requires an unbiased estimate of the gradient of the output power with respect to the array weights. There are a number of schemes for obtaining an unbiased estimate of this gradient. Though in each case the estimated gradient is unbiased, the covariance of the estimated gradient with each method is different and thus the transient and the steady state behavior of the constrained algorithm is different in each case. The transient and the steady state behavior of the weight covariancc matrix is analyzed, exact expressions for the misadjustment are derived, and a comparison of the performance of the algorithm is presented when the required gradient is estimated by different schemes. The schemes considered include gradient estimation when all the array signals are accessible as well as gradient estimation using perturbation sequences for eases when the array signals are inaccessible. The necessary and the sufficient condition for the diagonlization of the weight covarience matrix is also derived.     

Spatial filtering of superimposed convolutional coded signals

In this paper, a method for simultaneously demodulating and estimating the parameters of a number of convolutional coded communication signals incident on an antenna array is presented. The method has the potential to increase the throughput of current multiple-access channel systems, e.g., satellite communications and digital mobile cellular phones, by using an antenna array. The contribution of this paper is the use of sequence estimation combined jointly with parameter estimation in array processing problems. A hidden Markov-model-based technique, the segmental k-means algorithm, is applied to the problem. This algorithm is an iterative procedure with two steps per iteration. The first step involves computing the most likely state sequence for each of the signals (demodulating the signals) given estimates of the signals' parameters. The second step refines the parameter estimates using the signals' mostly likely state sequence estimates. In the simulations presented, it is shown that a significant improvement in the accuracy of the demodulated signals and in the estimation of the signals' angle of arrivals is obtained when compared to a deterministic maximum likelihood estimation method     

基于子空间方法的阵列天线方向向量自适应盲估计

利用传统子空间法估计方向向量要求阵元数必须大于信号源数,要求在无线通信系统中是不现实的,因为移动用户数是很大的,为突破这一限制,本文提出了一种基于子空间法的阵列天线方向向量自适应盲估计算法.通过各阵元接收信号相加,得到叠加的期望数据源特征波形;通过子空间方法,将叠加信号用信号子空间的基表示,由于叠加信号中包含方向向量,从而得到期望数据源的方向向量估计,该算法不要求阵元数大于数据源数.仿真结果表明算法是有效的.     

混合信号情况下信源数与DOA联合估计算法

针对非相关信源与相干信源共存情况,提出了一种基于矩阵重构的信源数与波达方向（direction of arrival,DOA）联合估计算法.该算法首先利用特征值的二阶统计量（second order statistic of eigenvalues,SORTE）法和子空间旋转不变技术（estimated signal parameter via rotational invariance techniques,ESPRIT）实现非相关信源数与DOA估计;然后基于空间差分法消除非相关信号并构造新矩阵,利用构造矩阵进行前向空间平滑,实现对相干信源解相干;最后利用SORTE法检测相干信源数,结合求根多重信号分类（multiple signal classification,MUSIC）算法估计相干信源DOA.与传统的差分平滑方法相比,该算法在可估计信源数与低信噪比情况下DOA估计性能等方面优于传统算法.数值仿真实验结果验证了该算法的有效性.     

基于MVDR算法的单天线ADS-B交织信号分离

广播式自动相关监视（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast，ADS-B）作为一种新的监视技术正受到国际民用航空组织（International Civil Aviation Organization，ICAO）的大力推广。然而，由于ADS-B信号传输具有随机性，多条信号交织问题不可避免。本文将最小方差无失真响应（Minimum Variance Distortless Response，MVDR）算法应用于单天线ADS-B信号解交织。首先，将单天线接收到的数据转化为虚拟均匀线阵模型；然后利用阵列信号处理中的MVDR算法分离交织信号。由于该算法需要准确估计信号频率，而针对快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform，FFT）估计信号频率误差较大的问题，利用改进的频率估计方法能够降低信号频率估计误差，从而有效分离交织信号。仿真实验验证了该算法的有效性并且对信号之间相对时延问题不敏感。      

离散傅里叶变换及变参考阵元特征法在相干信号估计中的应用

本文讨论理想条件下均匀线阵(ULA)对相干入射信号的高分辨测向问题。在分析经典多重信号分类法(MUSIC)对相干信号测向失效原因的基础上提出新算法,它利用1）离散傅里叶变换(DFT)估计入射信号数目;2）变参考阵元重构入射信号功率矩阵估计入射信号方位角。通过与经典MUSIC算法比较验证了该算法对相干入射信号估计的可行性,并经过进一步分析得出如下结论:1）文中介绍的算法在不减少阵列有效口径前提下能够对高度相干信号进行高分辨测向;2）在低信噪比条件下能够精确估计入射信号方位角;3）随着阵列中阵元数目的增加,阵列分辨率逐渐提高。      

利用空时平均最大特征值算法的DOA估计

利用阵列天线接收信号的空时平稳特性,在最大特征值法的基础上提出一种改进的DOA估计算法.通过对阵列输出采样协方差矩阵的修正,在低信噪比、小采样数的情况下,能有效改善DOA估计性能.理论分析和实验仿真表明,改进算法结构简单、收敛速度快,对多径信号具有很强的鲁棒性.     

Joint Angle and Delay Estimation (JADE) in Antenna Array CDMA Systems

1　ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＩｎｗｉｒｅｌｅｓｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ,ｍｏｂｉｌｅｓｅｍｉｔｓｉｇ ｎａｌｓｔｈａｔａｒｒｉｖｅａｔａｂａｓｅｓｔａｔｉｏｎｗｉｔｈｍｕｌｔｉｐｌｅｐａｔｈｓ,ｅａｃｈｗｉｔｈｉｔｓｏｗｎＡｎｇｌｅ ｏｆ Ａｒｒｉｖａｌ (ＡＯＡ) ,ｐａｔｈｄｅｌａｙａｎｄｆａｄｉｎｇ .Ｍａｎｙｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ,ｓｕｃｈａｓｒａｄａｒ,ｍｏｂｉｌｅｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄｓｍａｒｔａｎｔｅｎｎａ ,ｒｅ ｑｕｉｒｅｅｓｔｉｍａｔｉｎｇｔｈｅＡＯＡｓａｎｄ…     

一种信源个数与波达方向联合估计的新算法

针对多级维纳滤波器(MSWF)用于子空间估计时信号特征矢量泄漏到噪声子空间的问题,提出了一种新的信号子空间估计算法,该算法不需要训练信号和信源个数的先验知识.随后,给出了一种信源个数的后判断方法,最终完成信源个数及方向的同时估计.整个算法不需要协方差矩阵的计算和特征值的分解,具有较低的计算复杂度.在均匀线阵且信号互不相关情况下,改进后的算法用于波达方向估计时拥有与基于特征分解方法近似的性能.仿真结果验证了该方法的有效性.