IR-UWB 系统中基于 root-MUSIC 算法的 TOA 和 DOA 联合估计简

针对二维多重信号分类算法可以估计出系统的到达时间(TOA, time-of-arrival)和波达方向(DOA, direction- of-arrival)参数,但需要复杂度非常高的二维谱峰搜索这一问题,提出了IR-UWB系统中基于求根MUSIC(root-MUSIC)的TOA和DOA联合估计算法,该算法对接收信号的频域形式建模,先估计出TOA,然后由TOA的差值计算出DOA,从而实现TOA和DOA的联合估计。该算法不需谱峰搜索,可直接给出估计参数的闭式解,还可实现参数配对。还推导了参数估计的误差方差。仿真结果表明,该算法的参数估计性能明显优于矩阵束算法、传播算子算法以及基于旋转不变技术估计信号参数算法,并且非常接近于2D-MUSIC算法,但该算法的复杂度却远远低于2D-MUSIC算法。     

一种改进的FDA–MIMO雷达波束形成算法

频率分集阵列多输入多输出(FDA-MIMO)雷达由于其波束具有距离依赖特性而受到广泛关注。建立了FDA-MIMO雷达的回波模型,将传统的特征空间(ESB)波束形成算法扩展到该体制雷达。针对该算法在低信噪比(SNR)性能较差的问题,提出了一种改进的ESB波束形成算法。仿真结果表明该体制雷达能够抑制来自角度主瓣的距离依赖干扰,并证明了新算法的有效性。     

一种二维信号波达方向估计的改进多重信号分类算法

多重信号分类(MUSIC)算法是一种经典的空间谱估计算法。该文以L型阵列为例,针对2D-MUSIC算法在接收信号信噪比较小时对多个目标中方位相近的目标无法进行准确估计的问题,提出一种改进2D-MUSIC算法。该算法对经典2D-MUSIC算法所构成的协方差矩阵进行共轭重组,并将重组后矩阵的平方与原协方差矩阵的平方进行相加求平均,由此获得新的矩阵,再对该矩阵对应的噪声子空间进行加权处理,选取适当的加权系数构造新的噪声子空间,最后通过谱峰搜索识别出目标位置。计算机仿真结果表明,与2D-MUSIC算法相比,改进后的算法在接收信号信噪比较小时对多个目标中方位相近的目标也能够进行信号波达方向(DOA)估计,提高了L型阵列2维DOA估计的分辨率,具有较好的工程应用价值。     

基于子阵的FDA-MIMO雷达去栅瓣方法

针对频率分集多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output with Frequency Diverse Array, FDA-MIMO)雷达在采用常规线性频率间隔的情况下,出现的距离维栅瓣与距离维主瓣宽度的矛盾问题,提出了一种基于子阵的FDA-MIMO雷达去栅瓣方法,推导出基于子阵的FDA-MIMO雷达闭合方向图表达式,并分析了FDA-MIMO雷达采用子阵去除栅瓣和提高距离维分辨率的原理。仿真结果表明,与通过限定频率间隔选取范围去除距离维栅瓣的常规方法相比,当子阵采用互质大频率间隔时,FDA-MIMO雷达形成的方向图不仅去除了距离维栅瓣,且距离维主瓣宽度更窄,距离维分辨率更高。     

基于时不变点状波束优化的目标距离-角度联合估计

应用频控阵式多输入多输出(FDA-MIMO)雷达实现目标距离-角度联合估计越来越受到人们的重视,利用FDA同时获得发射波束图在角度和距离的自由度.但其性能因波束图的周期性和时变性而降低.因此,该文基于时间调制和距离补偿FDA-MIMO(TMRC-FDA-MIMO)雷达的新波形合成模型,提出了一种改进的基于旋转不变技术的...     

基于块正交匹配追踪预处理的米波多输入多输出雷达测高方法研究

米波雷达具有很好的反隐身性能。多输入多输出(MIMO)雷达的波形分集具有高自由度特点,使MIMO雷达在检测和参数估计等方面具有更多优势,故米波MIMO雷达受到广泛研究。而测高是米波MIMO雷达最重要的问题之一。针对米波MIMO雷达测高问题,最大似然和广义多重信号分类方法是米波MIMO阵列雷达测高方法行之有效的算法,但其计算量大,工程中难以接受。该文提出一种基于块正交匹配追踪(BOMP)预处理的方法来降低计算量。首先对MIMO阵列接收数据稀疏化处理,然后通过数学操作将其变形至适合于BOMP算法的信号模型,然后利用粗栅格得到角度粗估计。并以此为初始值中心,取MIMO雷达波束宽度作为搜索范围。仿真结果表明该算法能有效降低搜索类测高算法的计算量。      

杂波背景下基于交替方向乘子法的低截获频控阵MIMO雷达收发联合优化方法

针对相控阵雷达无法有效实现特定区域能量控制的问题,该文提出一种杂波环境下基于交替方向乘子法(ADMM)的频控阵MIMO(FDA-MIMO)雷达低截获(LPI)优化设计方法。该方法的优化准则是在保证目标参数估计性能的条件下,通过联合设计发射波束和接收滤波器使FDA-MIMO雷达在目标2维(距离-方位)区域上辐射的能量尽量小,即尽可能地降低雷达被截获的概率;接着利用加权求和的方法将优化准则构造成多比例分式规划(FP)和的问题;然后利用循环迭代的方法,将优化问题转化成两个子优化问题;最后基于ADMM方法消除等式约束,并通过最小化2阶2次近似优化问题获得发射波束的闭合解。此外,也分析了该方法的计算复杂度。仿真部分通过输出信干燥比(SINR)、发射和接收方向图验证了该方法的有效性。     

杂波背景下基于交替方向乘子法的低截获频控阵MIMO雷达收发联合优化方法

针对相控阵雷达无法有效实现特定区域能量控制的问题,该文提出一种杂波环境下基于交替方向乘子法(ADMM)的频控阵MIMO(FDA-MIMO)雷达低截获(LPI)优化设计方法.该方法的优化准则是在保证目标参数估计性能的条件下,通过联合设计发射波束和接收滤波器使FDA-MIMO雷达在目标2维(距离-方位)区域上辐射的能量尽量小,即尽可能地降低雷达被截获的概率;接着利用加权求和的方法将优化准则构造成多比例分式规划(FP)和的问题;然后利用循环迭代的方法,将优化问题转化成两个子优化问题;最后基于ADMM方法消除等式约束,并通过最小化2阶2次近似优化问题获得发射波束的闭合解.此外,也分析了该方法的计算复杂度.仿真部分通过输出信干燥比(SINR)、发射和接收方向图验证了该方法的有效性.     

基于多径分布源模型的米波雷达测高算法

针对复杂环境下的米波雷达低仰角测高问题,建立多径信号服从高斯分布源的阵列信号模型,提出一种广义约束多重信号分类(MUSIC)算法。该算法将多径信号作为约束,通过限制信号子空间包含多径导向矢量,来提高直达波的估计精确度。算法性能不受信号相干和地面反射系数的影响。与传统的测高算法相比,该方法在复杂反射地形下能有效进行目标高度估计。计算机仿真结果验证了该算法的可行性。     

极化分集下的共形阵列波达方向估计

提出了一种基于双馈源共形阵列的极化分集信号盲极化波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计方法.通过投影和旋转变换,分析并给出了双馈源共形阵列下正交极化分集信号的等效导向矢量,将信号空间划分为两个正交极化信号子空间,实现了正交极化信号的盲极化分离.在此基础上给出了基于多重信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)的极化信号的DOA估计算法.该算法无需估计极化参数,能够实现任意共形阵列对正交极化分集信号的DOA估计,最大估计信号数目能够超过阵元个数.仿真实验验证了该算法具有很好的估计性能.     

波形相关矩阵未知情况下单基地MIMO雷达中一种改进MUSIC的DOA估计算法

该文研究了波形相关矩阵未知情况下多输入多输出(MIMO)雷达中的角度估计问题,提出了一种单基地MIMO雷达中改进多重信号分类(MUSIC)的到达角(DOA )估计算法。该算法可以在波形相关矩阵未知的情况下工作且性能优于传统的传播算子(PM)和借助旋转不变技术估计信号参数(ESPRIT)算法以及基于接收信号重构的MUSIC算法。该文算法可以扩展到任意阵列结构的MIMO雷达中进行角度估计。该文还给出了单基地MIMO雷达中DOA估计的克拉美罗界(CRB)。仿真结果验证了该算法的有效性。     

单有向电磁矢量传感器的参数估计方法

传统的单电磁矢量传感器(UEMVS)由3个电偶极子和3个磁环构成且方向图是全向的。但是当多个单电磁矢量传感器依附在共形载体上构成共形电磁矢量传感器阵列时,为了降低共形电磁矢量传感器阵列的副瓣,通常每个传感器的方向图是有向的。基于有向方向图的单电磁矢量传感器也称为单有向电磁矢量传感器(UDEMVS)。该文针对UDEMVS的参数估计问题,提出两种参数估计方法,分别是基于免搜索的旋转不变信号参数估计和矢量叉积(ESPRIT-VCP)方法以及基于网格搜索的多重信号分类和最小瑞利商(MUSIC-MRQ)方法。ESPRIT-VCP方法是根据旋转不变性和矢量叉积,获得4维参数的闭式解,MUSIC-MRQ方法根据信号和噪声子空间正交性与最小瑞利商,利用网格搜索得到2维角度估计值,进而结合信号回波模型得到2维极化的估计值。所提两种方法只利用了UDEMVS的6通道数据就能有效得到目标的参数估计结果,有较低的计算复杂度。仿真结果从角度和极化的估计性能出发验证了所提方法的有效性。     

基于四元数的Root-MUSIC的双基地MIMO雷达中角度估计算法

该文将四元数理论应用到双基地集中式多输入多输出(MIMO)雷达的角度估计中。文中通过传统数据模型构造四元数矩阵,提出了基于四元数的求根-多重信号分类(Root MUltiple SIgnal Classification, Root-MUSIC)的MIMO雷达中角度估计算法,该算法通过奇异值分解和Root-MUSIC来估计出发射角(Direction Of Departure, DOD)和接收角(Direction Of Arrival, DOA)。该算法的角度估计性能远优于现有文献的方法,并且无需谱峰搜索,复杂度大大降低。仿真结果验证了算法的有效性。     

基于矩阵完型的干涉式阵列米波雷达解模糊算法

针对干涉阵列米波雷达方向估计中的模糊问题,该文提出了基于矩阵完型的解模糊算法.该方法将干涉技术中的辅助阵元解模糊方法扩展到干涉阵列中,通过增加适当的辅助阵元,使干涉式阵列成为完型阵列,再依次采用直接增广法、MUSIC算法及关联法实现干涉阵列方向估计的解模糊,从而得到高精度无模糊的方向估计.为了估计相干源的波达方向,该文根据干涉阵列结构的特点及空间平滑算法的原理也提出了干涉阵列的空间平滑算法.仿真结果和实测数据验证了矩阵完型解模糊算法和干涉阵列的空间平滑算法的正确性与有效性,也表明了该文的解模糊方法具有计算量小,实时性高等特点.     

雷达高分辨率紧凑感知矩阵追踪算法

针对压缩感知雷达的感知矩阵相干系数随分辨率增加而增大以致不能以大概率对稀疏向量进行完美重构的问题,直接基于原始感知矩阵,提出紧凑感知矩阵追踪(CSMP)算法。该文将CSMP算法应用于十字阵雷达的2维波达方向(DOA)估计并进行了计算机仿真。仿真结果表明与多信号分类(MUSIC)算法,子空间追踪(SP)算法,基追踪(BP)算法和稀疏贝叶斯学习(SBL)算法相比,基于CSMP算法的DOA估计分辨率得到了较大提高。     

频控阵MIMO雷达中基于稀疏迭代的多维信息联合估计方法

传统MIMO雷达为了获得准确的距离信息不仅需要引入转移矩阵,而且需要积累更多的快拍数。针对该问题,该文提出了基于稀疏迭代的频控阵MIMO雷达多维信息（距离、角度和幅度）估计方法,该方法利用频控阵MIMO的发射导向矢量不仅与目标的方位角有关,同时也与目标的距离有关这一特性,通过优化加权lq范数（0 q 1）的目标函数,采用稀疏迭代优化获取目标的距离、角度和幅度信息。该方法仅需单次快拍,并在每次迭代中求解到了目标的多维信息,故不需借助优化工具获得目标信息。仿真显示,相比DAS,IAA和IAA-R,该方法在有效减少快拍数和处理数据的同时,获得了高分辨率的目标距离、角度和幅度估计性能。      

一种阵列互耦矩阵与波达方向的级联估计方法

当阵列天线存在互耦效应时,传统多重信号分类(MUltiple SIgnal Classification, MUSIC)算法的测向性能急剧下降。为了有效估计阵列互耦矩阵(MCM)与入射信号的波达方向(Direction Of Arrival, DOA),该文提出一种阵列互耦矩阵与波达方向的级联估计方法。利用互耦矩阵的结构特点,变换阵列流形,实现对互耦矩阵与DOA的解耦合。求解线性约束下的二次优化问题,利用谱峰搜索,得到阵列互耦矩阵和入射信号DOA,完成互耦误差自校正。通过计算机仿真验证了该文方法估计性能的有效性和优越性。     

基于矢量传感器MIMO雷达的DOD DOA和极化联合估计算法

该文研究了一种基于多输入多输出(MIMO)电磁矢量传感器阵列雷达目标波离角(DOD),波达角(DOA)和极化联合估计问题。提出一种新型矢量阵MIMO雷达系统模型,发射阵列采用常规阵元,而接收阵列采用电磁矢量传感器。在此基础上,该文提出4维MUSIC, ESPRIT和迭代1维MUSIC 3种联合参数估计算法。其中迭代1维MUSIC算法首先利用矢量传感器的内在结构特点获得目标DOA预估计,随后采用MUSIC算法对DOD和DOA分别进行1维搜索获得目标角度的高精度估计,最后给出一种基于ESPRIT的目标极化估计算法。迭代1维MUSIC算法可用于不规则阵列,对接收阵列约束较少,无需2维搜索及多维搜索,还可以利用矢量阵特点扩展阵列孔径提高DOA估计精度。此外,论文还推导了DOD, DOA和极化联合估计的CRB。仿真实验表明,与前两种算法相比,迭代1维MUSIC算法具有与CRB更接近的估计精度。     

基于宽带均匀同心球阵列的低复杂度二维波达方向估计算法

该文提出一种基于宽带均匀同心球阵列(UCSA)的2维波达方向(2D-DOA)低复杂度估计算法.该方法将宽带UCSA输出信号转换为相位模式,并对其进行频率补偿,实现近似频率不变(FI)特性,从而降低宽带信号处理的计算复杂度.为了进一步降低2D-DOA估计的计算复杂度,该文提出基于FI-UCSA的降维多重信号分类(MUSI...