四阶累积量稀疏表示的DOA估计方法

针对现有稀疏重构DOA估计算法不能抑制噪声项以及在高斯色噪声背景下不再适用的问题,本文提出了基于四阶累积量稀疏重构的DOA估计方法。首先,利用接收数据的四阶累积量构建了稀疏表示模型,该模型抑制了噪声项;其次对四阶累计量矩阵进行奇异值分解,化简了稀疏表示模型,通过奇异值分解,不仅减小了数据规模,而且进一步抑制了噪声。对于稀疏表示模型的求解,先利用信号子空间与噪声子空间的正交特性选取权值矢量,然后利用加权l1范数法对模型求解实现DOA估计。理论分析和仿真实验表明本文算法在高斯白噪声和色噪声背景下均适用;能够处理非相干和相干信号,且在低信噪比条件下,对相干信号有更高的估计精度;较之同类的稀疏重构算法,本文算法具有较低的算法复杂度和更高的角度分辨力。      

冲击噪声下基于矩阵预处理的稀疏重构DoA估计

针对冲击噪声下用稀疏重构的方法不能准确估计波达方向的问题,该文提出基于多项式矩阵预处理的稀疏重构的波达方向(DoA)估计方法。由于冲击噪声的二阶矩不存在,基于二阶矩估计的子空间类算法和稀疏重构类算法不能有效估计出波达方向,且不能很好地处理相干信源。为了解决这个问题,采用多项式预处理技术对接收信号的自相关函数和方向矢量进行预处理,并在此基础上利用稀疏重构技术进行DoA估计。多项式预处理可以缩小矩阵的奇异值分布,使得反映噪声能量的奇异值分布更加明显,从而有利于减小冲击噪声的影响。仿真结果表明,算法在冲击噪声环境下能准确稳定地估计出两种信源的波达方向,尤其是在冲击噪声较强的情况下表现出灵敏度高、鲁棒性好的优点。     

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。     

基于矩阵补全的二阶统计量重构DOA估计方法

该文针对传统波达方向角(DOA)估计算法在非均匀噪声下角度估计精度差及分辨率低的问题,基于矩阵补全理论,提出一种二阶统计量域下加权L1(MC-WLOSRSS)稀疏重构DOA估计算法。首先,基于矩阵补全方法,引入弹性正则化因子将接收信号协方差矩阵重构为无噪声协方差矩阵;而后在二阶统计量域下通过矩阵求和平均将无噪声协方差矩阵多矢量问题转化为单矢量问题;最后利用稀疏重构加权L1范数实现DOA参数估计。数值仿真表明,与传统MUSIC, IL1-SRACV, L1-SVD子空间算法及稀疏重构加权L1算法相比,所提算法能显著抑制非均匀噪声影响,具有较好DOA估计性能,且在低信噪比条件下,亦具有较高估计精度和分辨力。     

基于稀疏重构的铁路货车TFDS网络传输时延估计

铁路货车TFDS网络传输时延估计过程中易受到噪声干扰，造成估计结果不精准，故提出基于稀疏重构的铁路货车TFDS网络传输时延估计方法。分析铁路货车TFDS网络传输集成信号，以信号稀疏表达为基础计算增益稀疏向量，完成信号预处理。根据稀疏字典原子匹配原理得到稀疏重构信号输出结果，根据信号权重计算铁路货车TFDS网络传输时延估计值。实验结果表明，该方法无噪声干扰下时延为350 ns，有噪声干扰时延变化范围为310～380 ns，与实际值一致，估计结果更精准。     

基于压缩感知的DOA估计稀疏化模型与性能分析

利用压缩感知理论解决阵列信号到达角(DOA)估计问题,具有对快拍数据量要求低、可处理相关源等优点。将压缩感知理论应用于信源DOA估计的一个关键问题是建立信源信号的稀疏化模型。该文在均匀线阵模型下系统分析了角度划分对DOA估计稀疏重构性能的影响,从对相关性的分析出发给出了信号的最优稀疏化模型。分析结果表明在实际应用中基于信源信号等正弦空间稀疏化的重构模型是最优的。实验对比了新的稀疏化模型与传统的等角度划分方式得到的流形矩阵的可重构性能,并进行了关于信号重构和信源DOA估计的详细实验分析,验证了所提模型的优越性。     

非理想条件下基于矢量水听器阵列的一种快速方位估计算法

为了实现少快拍、低信噪比(SNR)条件下的水下目标快速方位估计,该文建立矢量水听器阵列方位估计稀疏表示模型。利用实值转化技术将复数方向矩阵转化到实数域,以便利用平滑L0算法对稀疏信号矩阵进行重构从而得到方位估计结果。该文改进平滑L0算法,利用收敛性更好的复合反比例函数(CIPF)函数作为平滑函数以及提出促稀疏加权的方法,该方法通过加权的方式修正噪声条件下L2范数作为迭代初始值偏离稀疏解较远的问题来促进算法快速收敛于稀疏解。通过仿真验证了该文提出的基于实值转换的促稀疏加权平滑L0算法在少快拍、低信噪比的条件下可以实现优于传统子空间类算法的性能,并且在保证性能的同时,显著提高方位估计的速度。     

基于协方差匹配SLO算法的MIMO雷达DOA估计

利用加权平滑l0范数(Smoothed l0, SL0)算法估计MIMO雷达目标DOA时,需要把协方差矩阵进行矢量化来获得相应的稀疏重构模型,并利用信号和噪声子空间的正交性来构造加权向量。然而当存在相干信源时,MIMO雷达协方差矩阵的秩将退化,这会使得稀疏重构模型的误差较大以及无法正确区分信号和噪声子空间,导致加权SL0算法的DOA估计性能恶化。针对上述问题提出了一种基于协方差匹配SL0算法的MIMO雷达DOA估计方法。该方法利用协方差匹配准则重构出一个满秩的协方差矩阵,恢复MIMO雷达协方差矩阵的Toeplitz特性,并利用协方差逆矩阵的高阶幂来近似噪声子空间从而计算加权向量。仿真分析表明,该方法能够在无需预知信源数目的情况下有效地完成对相干信号的DOA估计。     

非理想条件下基于矢量水听器阵列的一种快速方位估计算法

为了实现少快拍、低信噪比(SNR)条件下的水下目标快速方位估计,该文建立矢量水听器阵列方位估计稀疏表示模型.利用实值转化技术将复数方向矩阵转化到实数域,以便利用平滑L0算法对稀疏信号矩阵进行重构从而得到方位估计结果.该文改进平滑L0算法,利用收敛性更好的复合反比例函数(CIPF)函数作为平滑函数以及提出促稀疏加权的方法,该方法通过加权的方式修正噪声条件下L2范数作为迭代初始值偏离稀疏解较远的问题来促进算法快速收敛于稀疏解.通过仿真验证了该文提出的基于实值转换的促稀疏加权平滑L0算法在少快拍、低信噪比的条件下可以实现优于传统子空间类算法的性能,并且在保证性能的同时,显著提高方位估计的速度.     

累积量稀疏表示的扩展阵列的DOA估计方法

针对现有稀疏重构DOA估计算法不能抑制噪声项、在高斯色噪声背景下不适用以及能够分辨的最大信源数小于阵元数的问题,首先利用阵列输出数据的四阶累积量矩阵构建稀疏表示模型,该模型抑制了噪声项,并通过产生虚拟阵元实现了阵列扩展;然后对累积量矩阵进行奇异值分解来化简模型,化简后的模型不仅减小了数据规模而且进一步抑制了噪声。在利用加权l1范数法对稀疏表示模型求解时,不需要选取平衡重构残差与解的稀疏性的正则化参数。理论分析与仿真实验表明所提算法在高斯白噪声以及色噪声背景下均适用,能够分辨的最大信源数大于阵元数且具有较高的角度分辨力。     

一种小波核函数的支持向量回归算法及应用

借助谐波小波函数在分析窄带信号方面的性能,利用支持向量回归算法,提出了一种基于谐波小波核函数和支持向量机相结合的谐波小波核支持向量回归算法,实现了小样本情况下微弱信号的精确检测.仿真和实测检测噪声数据的分析表明该算法可以有效地检测出舰船噪声中的线谱信号.     

全相位滤波白噪声产生有色噪声及其功率谱估计

本文提出用全相位数字滤波器这种新型滤波器滤波白噪声产生有色噪声的方法,这种方法比用传统FIR滤波器产生的有色噪声频谱泄漏少,阻带衰减功率大等优点.并且分别用Welch法和全相位法对在有色噪声中混入的双频小信号余弦波进行谱估计,实验证明全相位谱估计性能优于经典谱估计.     

基于经验模态分解重构的二次相关时延估计

针对低信噪比情况下的时延估计,将二次相关( SC)时延估计与经验模态分解( EMD)算法结合,提出了EMD重构二次相关时延估计方法。该方法针对EMD重构时本征模态函数的选择,将倒谱法和谱减法相结合,提出新的本征模态函数中有用信号主导分量和噪声主导分量的区分方案。研究结果表明：EMD重构二次相关法较传统二次相关法抗噪性能更优,更能锐化二次相关峰值;在非高斯有色噪声和高斯白噪声情况下,分别将准确估计时延的信噪比降低了4 dB和2 dB。     

用于调制宽带转换器压缩频谱感知的重构失败判定方法

调制宽带转换器(Modulated Wideband Converter, MWC)压缩采样应用于频谱感知的一个基本前提是信号在频域上的稀疏性。如果信号不稀疏,将导致MWC重构结果不正确。该文提出了一种MWC压缩采样重构成败的判定方法。该方法利用连续两次重构得到的子带能量之间的相关性进行判决。仿真结果表明,该方法能够较准确地判断重构是否成功,应用于认知无线电频谱感知中能够避免频谱不稀疏时认知用户对主用户造成干扰,达到保护主用户的目的。     

低信噪比下周期平稳信号的稳健检测算法

本文提出了一种新的对周期平稳信号进行检测以及对二阶周期循环频率进行估计的算法。该算法利用信号的递归性质构造高阶自相关矩阵,并通过利用周期平稳信号与自相关矩阵特征值和特征向量的关系,对其进行检测以及对循环频率进行估计。传统检测周期平稳信号的算法是通过计算其循环自相关函数或循环谱实现,相比传统算法而言,本算法由于利用到了信号更多的先验信息,因而在较低信噪比以及较低快拍数下对周期平稳信号均能有较好的检测性能。文中仿真实验表明,本文所提算法估计出的伪循环谱相比传统方法估计出的循环谱更为平滑,在相同快拍和信噪比条件下,检测概率均高于传统方法,特别在低信噪比下对检测概率的改善更为明显。      

基于IRWLS支持向量拟合的线谱检测算法

基于迭代最小二乘支持向量拟合（IRWLS—SVR）法,建立了舰船噪声中线谱信号的数学模型用于对噪声背景中线谱信号的检测;利用IRWLS—SVR算法得到的稀疏解,减少了运算量,提高了运算速度。利用计算机仿真信号和实测舰船声信号的验证表明,该算法在高斯噪声背景下可以有效地检测出线谱信号,检测舰船噪声信号中线谱信号的信噪比改善达到4dB。     

Fast detection and DOA estimation of the unknown wideband signal sources

The direction of arrival (DOA) estimation analysis requires prior knowledge of frequency‐related information of the incident wideband signals, eg, center frequency and bandwidth, which are not available in many cases. This research is based on applications where DOA estimation of the wideband signal source is unknown, eg, in astronomy and unauthorized transmissions. Therefore, this paper has two major contributions. The first contribution is to identify the frequency spectrum of the wideband signals transmitted from an unknown source. The method use edge detection prestage to identify the frequency spectrum of the received signal. The second contribution is to estimate the DOA of the wideband signal at higher accuracy while keeping a minimum computational cost. The estimation of the DOAs was analyzed by measuring the orthogonal relationship between the signal and the noise subspaces of multiple frequency components of the sources. The introduced method utilizes subband as a reference frequency based on the extracted frequency‐related information rather than examining the complete incoming signal spectrum and exploits the spatial information of a few subbands. The introduced algorithm is implemented based on the well‐known method, test of orthogonality of projected subspaces (TOPS). Tests are conducted on a range of wideband signals with extreme values of signal‐to‐noise ratio (SNR). Considerable performance improvement is obtained.     

Alpha稳定分布噪声下时频重叠信号的载波频率估计方法

针对Alpha稳定噪声下时频重叠信号载波频率估计困难的问题,该文提出一种Alpha稳定噪声下时频重叠信号的载波频率估计方法。该方法首先提出时频重叠信号的广义四阶循环累积量的定义,然后检测离散谱线所对应的广义四阶循环累积量幅度谱的循环频率,进而估计出各个信号分量的载波频率,最后进行渐近性的理论分析,证明了该估计方法是渐近无偏和一致的。仿真结果表明,在Alpha稳定分布噪声下,该方法具有良好的估计性能和稳健性。