极化敏感线阵的模值约束降维Root-MUSIC算法

为了解决极化敏感线阵波达方向角和极化参数联合估计运算量大的问题,本文提出了模值约束降维Root-MUSIC算法。 该算法通过对波达方向角和极化参数进行剥离,先采用Root-MUSIC算法进行DOA估计,然后根据模值约束条件构造代价函数,通过闭合式解求出极化参数估计。与传统MUSIC算法相比,该算法避免了谱峰搜索,大大提高了运算效率。与ESPRIT算法相比,该算法避免了参数配对问题。计算机仿真结果验证了该算法的正确性,且具有较高的成功率与精确度。在两目标信号入射角度接近时,也能够很好的分辨出两信号。      

平面极化天线阵列的DOA及极化参数降维估计方法

基于极化阵列的长矢量数据模型,提出了一种适用于平面极化天线阵列的DOA和极化参数联合估计的方法。通过利用谱函数的偏导数条件进行降维优化,从而大大降低在搜索过程中的运算量,同时保证了分辨能力与估计精度。通过仿真实验可以看出,所提算法相比于目前较有效的基于四元数的Q-MUSIC算法有着更好的分辨力与较小的均方误差,且减少了运算量。     

强约束优化降维MUSIC二维DOA估计

该文针对2维DOA估计运算量大的问题,提出一种改进的降维MUSIC(MRD-MUSIC)算法。MRD-MUSIC算法利用二次优化方法将2维DOA估计分解为两级1维DOA估计,从而大大降低了运算量。其中采用对优化函数直接求导的方式求解问题函数,使方向向量得到了较强约束,因此求解结果更加接近最优解。仿真实验验证了算法的正确性,角度估计运算效率高,无角度配对过程,且具有较高的成功率与精确度。     

互质阵中基于降维求根的波达角估计算法

该文提出互质阵中基于降维求根的波达角(DOA)估计算法。互质阵包含两个稀疏均匀线性子阵,拥有互质的阵元间距和阵元数目。该算法基于子阵间的互协方差,利用较长子阵中的旋转不变性扩展较短子阵的虚拟孔径。然后通过矩阵分块构造噪声子空间,并将来自两个子阵的2维参数估计问题降维为1维求根问题,获得自动配对的2维模糊参数估计。最后由这2维模糊参数可恢复出两组参数,根据互质性从两组参数估计的交集中可以获得无模糊的高分辨率DOA估计。相比互质阵中的联合多重信号分类(MUSIC)算法和联合旋转不变技术(ESPRIT)算法,该算法无需特征分解,复杂度低,但可获得更精确的DOA估计,处理更多的信源,并且对色噪声有更强的鲁棒性。多个仿真结果均验证了所提算法的有效性。     

基于极化敏感阵列均匀线阵的二维DOA估计

针对残缺电磁矢量传感器的极化敏感阵列多参数联合估计问题,该文提出一种基于正交偶极子的均匀线阵的2维波达方向(Direction-Of-Arrival, DOA)估计算法。首先,对极化敏感阵列的接收数据矢量的协方差矩阵进行特征分解,然后将信号子空间划分成4个子阵,根据旋转不变子空间(ESPRIT)算法分别求出其中1个子阵与其它3个子阵的相位差,再对不同子阵间的相位差进行配对,最后根据相位差求出信号的DOA估计和极化参数。由正交偶极子组成的均匀线阵使用极化MUSIC算法和传统ESPRIT算法无法进行2维DOA估计,该文提出的算法解决了这个问题,并且相较于极化MUISC算法降低了算法的复杂度。仿真结果验证了该文算法的有效性。     

基于旋转阵列的极化敏感DOA估计算法

随着信息化战争需求和现代雷达技术的发展,人们对阵列波达方向估计算法提出了更高的要求。传统极化敏感阵列的波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计算法计算量非常大,需要对入射信号进行包含空间角度和极化信息的四维谱峰搜索。此外,要求阵元数目大于目标数,而测向精度受通道不一致性影响很大。针对这些问题,提出一种正交偶极子对旋转阵列的DOA和极化参数联合谱参数估计算法。利用矩阵秩亏原理,通过对四维谱函数的降维运算降低计算复杂度。通过对两天线阵元进行旋转引入虚拟阵元,相当于利用两阵元对目标进行多位置观测,减少了信道数量,提高了阵元利用率。仿真结果表明,该算法能够有效降低通道不一致性对测向结果的影响,具有比6阵元正交偶极子圆阵更好的测向性能。     

极化信号频率、二维到达角和极化参数的同时估计

本文研究基于标量传感器和/或空域完全伸展矢量传感器极化敏感时间双采样、空间欠采样阵列的多个宽频段窄带极化信号中心频率、二维波达方向和极化参数的同时估计问题。针对时、空多分辨采样数据,利用旋转不变参数估计方法分别估计出与信号频率有关的时间相位因子和对应的含有空间相位信息的所谓混合导向矢量。对估计出的信号时间相位因子的模和相角进行联合,获得模拟频率估计:利用混合导向矢量中还包含的与空间采样间隔无关的极化-角度相干结构信息去除方向余弦估计中的整周模糊并获得相应的极化参数估计。     

圆阵二维MUSIC谱快速计算方法研究

针对二维波达方向估计时MUSIC谱的快速计算问题,研究了均匀圆阵变换到虚拟线阵的MUSIC算法(UCA-ULA-MUSIC)、流形分离MUSIC算法(MS-MUSIC)、傅立叶域线性求根MUSIC算法(FD-Line-Search-MUSIC)、基于FFT的 元均匀圆阵MUSIC算法( -UCA-FFT-MUSIC)与基于FFT的任意圆阵MUSIC算法(ACA-FFT-MUSIC)。对各种算法快速计算二维MUSIC谱的实现步骤进行了总结。在此基础上,给出了各算法计算二维MUSIC谱的计算复杂度表达式,并以传统方法为参考,对比了各种快速算法相对于传统方法的计算复杂度比值;同时,针对不同的阵列形式,对适用的快速算法的测向性能进行了仿真对比。根据分析和对比的结果,指出MS-MUSIC算法与ACA-FFT-MUSIC算法具有更高的工程应用价值,由具体的情况单独或分频段联合使用MS-MUSIC算法与ACA-FFT-MUSIC算法,可以使测向系统较好的兼顾测向性能与时效性。      

极化敏感L型阵模值约束的多参数联合估计

对于极化敏感L型阵列的多参数联合估计问题,采用传统的多重信号分类(MUSIC)算法所需计算量大,采用旋转不变子空间(ESPRIT)算法需要考虑参数配对问题。提出了模值约束下的求根多重信号分类(root-MUSIC)算法,首先利用L型阵列中两个相互垂直的线阵构造两子阵接收数据的自相关函数,采用root-MUSIC算法进行波达方向角(DOA)估计,然后根据模值约束条件构造代价函数,通过闭合式解得到极化参数估计。该算法与传统MUSIC算法相比,大大减少了计算量,同时能够实现参数自动配对,避免了ESPRIT算法的不足。计算机仿真结果表明,该算法的角度估计性能与传统MUSIC算法接近,优于E SPRIT...     

稀疏拉伸式L型极化敏感阵列的二维波达方向和极化参数联合估计

为降低现有的共心式矢量传感器阵列天线间存在的严重互耦影响,进一步提高参数估计精度,该文提出一种稀疏拉伸式L型极化敏感阵列(SSL-PSA),并针对该阵列提出一种2维波达方向(DOA)和极化参数联合估计算法。首先建立稀疏拉伸式极化敏感阵列的信号模型,然后将阵列划分为6个子阵,采用子空间旋转不变算法(ESPRIT)算法得到多个旋转不变因子(RIFs),再根据旋转不变因子间的关系,通过数学运算,得到一组方向余弦有模糊精估计值和4组无模糊粗估计值;然后重构出对应的4组导向矢量,根据导向矢量和噪声子空间的正交性,确定出正确的一组无模糊粗估计值;最后通过现有的解模糊方法得到高精度且无模糊的DOA和极化参数估计值。该文所提阵列不存在共心结构,相对于现有的含有共心式矢量传感器结构的阵列,大大降低了互耦影响,且可在不增加天线数目的前提下,有效扩展阵列的2维孔径,大大提高DOA估计精度。仿真结果证明该文所提方法的有效性。

     

面阵二维角度估计的RELAX算法

针对常规二维波达方向估计的高分辨算法的运算量大和稳健性差,将基于均匀线阵的RE-LAX算法拓展到均匀面阵中,得到了多快拍二维角度估计的二维RELAX（2-DRELAX）算法。对于常见的单目标存在地面反射多径的情况,将2-DRELAX算法进行简化,提出了一种基于行列合成处理和RELAX算法测角的双迭代方法。该方法由某个初始的二维角度出发,首先进行行列合成处理,将面阵接收的数据矩阵合成为行、列天线接收的数据矢量,然后由RELAX算法分别估计方位角和俯仰角,最后由估计的二维角度更新行列合成因子并进行行列合成,得到更精确的二维角度估计,如此迭代直至得到的二维角度满足给定的精度要求。该方法收敛速度快,无需特征值分解和多维搜索,对相关信号不需要解相关处理,具有较高的测角精度和分辨力。     

一种利用均匀圆阵对称特性的近场源酉变换估计算法

针对现有均匀圆阵的近场源三维参数估计算法运算量大的缺点,提出了一种基于均匀圆阵对称特性的近场源酉变换估计算法。该算法利用均匀圆阵对称特性将阵列导向矢量进行酉变换和对角化分离处理,消除距离参数,把三维搜索问题化简为二维搜索问题,同时把复值方向矢量转化为实值方向矢量。计算机仿真结果显示,所提算法估计性能优于相关序列降维估计方法,与三维多重信号分类算法性能相当,且通过矩阵分离降维和实值化处理,减少了运算量,有利于工程实时处理。     

一种改进的基于传播算子的二维DOA估计算法

针对面阵中的波达方向估计算法复杂度过大的问题,提出了一种改进的基于传播算子的二维面阵波达方向（Direction of Arrival,DOA）估计算法。该改进算法基于面阵平移不变性质,将原始子面阵在X和Y轴上分别平移得到两个子面阵,将两个子面阵相加得到虚拟子面阵,利用原始子阵和虚拟子面阵构造新的信号矢量,基于传播算子算法求出其特征值,特征值中的模值和相位值包含信源的二维角度信息,由此可求出自动配对的二维角度。与基于传播算子的二维DOA估计算法相比,该算法有效降低了运算复杂度,且保持性能相近。仿真实验验证了算法的有效性。     

基于MIMO雷达的极化平滑降维酉ESPRIT算法

相干目标的波达方向估计一直是雷达信号处理中的一个难题.为了获得更好的相干信号角度估计精度,并提高算法可实现性,在多输入、多输出雷达的基础上,提出一种极化平滑降维酉旋转不变性参数估计算法.首先通过降维矩阵对接收信号数据进行降维处理,然后利用降维后的接收数据构造中心复共轭对称矩阵,再构建适当的酉矩阵对其进行实值处理,然后对...     

均匀圆阵部分阵元失效情况下的DOA估计方法

在空间谱估计中,均匀圆阵(Uniform Circular Array--UCA)具有诸多优点,其得到广泛的应用.但在用MUSIC 算法测向时,一旦某一个或几个阵元通道失效,则通道数据变成无效数据,导致测向性能严重恶化,甚至完全失效.本文对在均匀圆阵部分通道失效的情况下,利用均匀圆阵其余阵元数据实现对信号来波方向进行有效估计的方法进行了分析和验证.其原理在于,直接将失效阵元进行隔离,利用剩余阵元形成的非均匀圆阵,进行MUSIC算法测向.该方法能在较高信噪比条件下实现和原阵列几乎相同的估计精度,在较低信噪比、信号数较小的条件下,也能取得良好的估计性能,大大增强了整个阵列谱估计的稳健性和鲁棒性.     

一种基于稀疏阵的无网格估计算法

本文将稀疏阵列与无网格波达方向估计算法相结合,提出了一种基于稀疏阵的无网格估计算法。该算法兼具增强实际物理阵列的估计性能及去除网格束缚的优点,可以高精度的利用有限个天线阵元估计更多个入射信号源的参数信息。     

三平行线阵中基于改进传播算子的二维DOA估计方法

提出了一种三平行线阵中基于改进传播算子的二维波达方向估计方法。该方法针对三平行阵列的结构特点,利用三平行线阵中两个相互垂直的双平行线阵,分别构造一个扩展传播矩阵,求得旋转矩阵。然后根据三平行线阵的特性,对分别得到的旋转矩阵进行配对。最后利用配对后的旋转矩阵,联合估计信号的方位角和俯仰角。该方法当俯仰角在70°~ 90°之间时不会出现角度估计失效问题,充分利用了所有阵元信息,提高了角度估计性能,而且具有更低的计算复杂度。仿真验证了提出方法的有效性。      

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。     

基于均匀圆阵的相干信源DOA估计算法研究

针对均匀圆阵相干信源的波达方向估计问题,提出了一种去相干的正交预处理方法——阵列移位算法。阵列移位算法改进了抗相干干扰的波束形成方法,通过圆阵移位和MUSIC算法的结合,使相干信源角估计的性能得到改善。与传统的模式空间平滑算法相比,该方法减少了阵列孔径损失,提高了计算速度。     

稀疏极化敏感阵列的波达方向和极化参数联合估计

该文采用稀疏分布极化敏感阵列(SD-PSA),研究了多目标波达方向(DOA)和极化参数的估计问题。首先建立稀疏极化敏感阵列信号模型;然后利用阵列的空间旋转不变性运用ESPRIT算法得出信号的高精度周期性模糊多值DOA估计;同时利用子阵列导向矢量之间的关系得出信号的极化信息和DOA的无模糊粗估计;最后利用DOA粗估计值解模糊,得到信号的高精度无模糊DOA估计。该文所提阵列的阵元间距大于半个波长距离,扩展了阵列2维物理孔径,一定程度上降低了阵元间的互耦影响,相应的信号DOA估计精度大大提高。仿真实验结果验证了该算法对信号DOA和极化参数估计的有效性。