基于时频分析的雷达信号到达角估计

现有的空间时频分布(STFD)的信号表示只适用于窄带、连续信号的分析，而雷达侦察系统要求对脉冲、线性调频等信号同时进行到达角(DOA)、频率和信号时域参数的估计。本文给出了现有空间时频分布对雷达信号DOA估计的条件，并提出了基于修正STFD矩阵的DOA估计算法。通过对各阵元输出作时频分析，估计信号的频率参数，然后据此构造方向向量和修正STFD矩阵，即可构造MUSIC空间谱。该算法不受基于现有STFD算法的条件限制。     

一种新的时频极大似然DOA估计方法

针对非平稳信号,提出一种新的时频域极大似然DOA估计方法,利用参考阵元与阵列中其它阵元输出之间的互伪Wigner-Ville分布建立起时频域的阵列信号模型,通过时频域极大似然方法获得入射方向估计。与基于空间时频分布矩阵的阵列测向方法相比,该方法具有计算量小、交叉项时频分布利用充分的优点。仿真实验证实了该方法的有效性。     

基于对称阵列Wigner-Ville分布的宽带线性调频信号AOA估计

本文提出了基于对称阵元Wigner-Ville分布(WVD)的宽带线性调频信号到达角(AOA)估计算法。该算法利用对称阵元输出延时参数的互补性和Wigner分布定义提取宽带信号方向向量,建立了新的空间时频矩阵。借助线性调频信号Wigner分布的良好时频聚集特性,适当选取时频点实现了对各个信号AOA的逐一估计。在新的空间时频矩阵模型基础上给出了基于信号子空间投影的AOA估计方法。它不需要对AOA的初始估计、聚汇和插值,减少了计算量,提高了精度,仿真实验证明了算法的有效性。     

空间时频分布中的信号分类

空间时频分布可被用于信号盲分离和来波到达角的高分辨率估计等领域,在空间时频分布矩阵中选择合适的时频点是基于空间时频分布的阵列信号处理算法的关键.分析了空间时频分布矩阵的结构特征,通过无约束最优化方法在时频平面上搜索单一信号项的时频点,然后使用改进的最邻近法对时频点按来波类型进行分类,可以区分具有不同时频特征的方向相近的多个信号.     

多跳频信号波达方向与极化状态联合估计算法

为了有效辅助跳频(FH)网台分选和信号识别、跟踪,该文用正交偶极子对构造极化敏感阵列,基于空间极化时频分析,在欠定条件下实现了多跳频信号波达方向(Direction Of Arrival, DOA)与极化状态的高效联合估计。首先建立跳频信号的极化敏感阵列观察模型,然后根据参考阵元时频分析结果建立各跳信号的空间极化时频分布矩阵,再利用该矩阵中蕴含的信号极化-空域特征信息分别运用线性、二次型空间极化时频以及多项式求根共3种方法实现DOA与极化参数联合估计,最后蒙特卡罗仿真结果验证了该算法的有效性。     

基于空间谱图的跳频脉冲方向估计

提出一种基于空间谱图的跳频脉冲方向估计算法。通过计算各阵元数据的自谱图和互谱图构造时频域阵列模型,在时频面上的跳频脉冲能量聚集区域选择时频点构造空间时频分布矩阵,并采用Toeplitz对角化进行修正,最后运用MUSIC方法估计方向。该方法具有计算高效、可以去相干等优点。仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于时频子空间分解的宽带线性调频信号DOA估计

针对具有时变方向向量的宽带线性调频信号,该文建立了基于短时Wigner-Ville分布(WVD)的空间时频分布矩阵,通过对各个空间时频矩阵的特征分解获得对应的信号子空间和噪声子空间,给出了基于时频子空间投影实现多个时频点综合估计信号DOA的算法。利用空间时频分布的前后向平滑解决了具有相同时频特性信号的均匀线阵DOA估计问题。算法不需要聚汇和插值等复杂的矩阵变换,精度较高,计算简便.仿真实验显示该算法性能显著优越于基于矩阵插值的宽带调频信号DOA估计算法.     

多径传播条件下宽带线性调频信号波达方向估计方法

针对信号出现多径传播情况时现有宽带信号波达方向（direction of arrival, DOA）估计方法性能下降的问题,提出了一种多径传播条件下宽带线性调频（chirp）信号波达方向估计方法,该方法将导向有效投影（steered effective projection, STEP）技术与宽带线性调频信号的时频特性相结合,对具有不同时频特性的信号分量进行分离,逐个处理,并以时频分布矩阵代替传统的协方差矩阵,从而构造有效噪声子空间,实现时域角度估计。本方法无需进行信号聚焦操作,因此理论上不受聚焦误差的影响。仿真结果验证了所提方法的有效性。      

基于空时频分析的多FH/DS信号DOA估计

提出了一种基于空时频分析的跳频/直扩(Frequency Hopping & Direct Sequence, FH/DS)信号的波达方向(DOA, Direction of Arrival)估计方法,该方法能够在欠定条件下(传感器数目小于信号数目)实现多个FH/DS信号的精确测向.首先对每个阵元的数据进行时频变换,得到全景时频图;再在时频域提取有效hop,并根据各阵元的时频值建立每点的空时频矩阵;最后分别运用基于线性空时频方法和二次空时频方法估计每hop信号的DOA.仿真结果验证了方法的有效性.     

基于波束空间MUSIC的MIMO雷达波达方向估计

在进行波达方向估计时,阵元空间MUSIC方法的计算量通常都比较大。为了解决此问题,采用了波束空间MUSIC的方法,它的计算量较阵元空间MUSIC方法有所下降,将它运用于多输入多输出雷达波达方向的估计问题。计算机仿真实验表明,虽然协方差矩阵特征分解的计算量下降了,但是波束空间MUSIC的性能依然良好。     

通道误差对时频-MUSIC算法性能的影响和校正

提出了修正空间时频分布(STFD)矩阵的到达角(DOA)估计算法,该算法可实现对宽带线性调频信号的DOA估计;分析了通道不一致对算法性能的影响,建立了宽带信号模型的通道误差模型;给出了均匀直线阵列(ULA)情况下通道不一致的无源校正算法,该算法通过先粗测信号DOA,据此将修正STFD矩阵进行变换,变换后矩阵具有Toeplitz结构,通过恢复其Toeplitz结构来实现通道误差校正.     

基于时频点聚类的LFM信号波达方向估计

基于空间时频分布(spatial time-frequency distribution, STFD)的多重信号分类(multiple signal classification, MUSIC)算法常用于非平稳信号波达方向(direction of arrival, DOA)估计, 其关键是选取合适的信号时频点.文中针对传统时频MUSIC算法不能提取各信号时频点且在小角度间隔时估计性能不佳的问题, 以线性调频(line frequency modulation, LFM)信号为研究对象, 提出了基于时频点聚类的DOA估计算法.该算法首先对阵列接收信号进行白化, 利用白化后的接收信号构造STFD矩阵, 达到抑制STFD矩阵的交叉项、突出信号自项的目的, 然后利用K均值聚类提取各信号时频点, 最后运用MUSIC算法估计DOA.对不同角度间隔和不同信噪比时三种算法的估计均方根误差进行了仿真对比, 结果表明:相比经典时频MUSIC算法, 文中算法在小角度间隔和低信噪比时有更好的估计性能.     

基于空时频协方差矩阵重构的高效跳频信号DOA估计

为了充分利用跳频信号的空域信息来进行信号的DOA估计,在信号空时频分析的基础上,本文提出了一种基于协方差矩阵重构的高效跳频信号DOA估计方法。首先将接收信号的均匀线阵（uniform linear array, ULA）平均划分成2个子阵,分别对每个子阵接收到的信号进行时频分析,在时频域选择有效跳,构造每跳的空时频矩阵（spatial time-frequency distribution, STFD）,然后求得2个子阵的互协方差矩阵。将2个子阵的互协方差矩阵进行重构运算得到等效的信号子空间,最后构造空间谱多项式求根估计出信号的DOA。仿真结果表明该方法相比于以往改进类子空间算法能够有效提高估计精度和降低算法复杂度。      

宽带独立信号和相干信号的DOA估计

当独立信号和相干信号共存时,传统四阶累积量方法无法估计出宽带相干信号的来波方向(DOA),针对这个问题提出了一种新方法。该方法首先通过离散傅里叶变换,将宽带阵列接收数据分解为若干个窄带信号,构造出各个窄带频率处的自相关矩阵,再通过MUSIC(Multiple Signal Classification)算法估计出各个窄带信号的DOA,将各个窄带信号的空间谱相加求平均,通过谱峰搜索得到宽带独立信号的DOA;然后分离出独立信号的信息,构造出一个只包含宽带相干信号信息的矩阵,最后通过稀疏重构的方法估计出相干信号的DOA。计算机仿真结果证明该算法的正确性和有效性。     

Spatial polarimetric time-frequency distributions for direction-of-arrival estimations

Time-frequency distributions (TFDs) are traditionally applied to a single antenna receiver with a single polarization. Recently, spatial time-frequency distributions (STFDs) have been developed for receivers with multiple single-polarized antennas and successfully applied for direction-of-arrival (DOA) estimation of nonstationary signals. In this paper, we consider dual-polarized antenna arrays and extend the STFD to utilize the source polarization properties. The spatial polarimetric time-frequency distributions (SPTFDs) are introduced as a platform for processing polarized nonstationary signals, which are received by an array of dual-polarized double-feed antennas. This paper deals with narrow-band far-field point sources that lie in the plane of the receiver array. The source signals are decomposed into two orthogonal polarization components, such as vertical and horizontal. The ability to incorporate signal polarization empowers the STFDs with an additional degree of freedom, leading to improved signal and noise subspace estimates for direction finding. The polarimetric time-frequency MUSIC (PTF-MUSIC) method for DOA estimation based on the SPTFD platform is developed and shown to outperform the time-frequency, polarimetric, and conventional MUSIC techniques, when applied separately.