基于空间重采样的宽带DOA估计新算法及其性能分析

首先介绍了宽带阵列信号模型,然后给出了一种基于空间重采样的新的宽带信号相干子空间处理算法。该算法将均匀线阵看成是连续线阵的离散采样,在各个频率点调整阵列空间采样率,将各频率分量的方向向量聚焦到参考频率上,聚焦后得到单一频率点的数据协方差矩阵,再应用窄带MUSIC算法进行DOA估计,无需预估计波达方向,因此可以避免角度预估计对测向性能的影响。仿真实验表明新算法的性能要优于其他典型算法(TCT,RSS和TLS算法)。文中还给出了分辨率与阵元个数、信噪比之间关系。     

基于调频Z变换的均匀线阵波达方向估计

提出了一种基于调频Z变换(CZT)的宽带波达方向估计算法.由均匀线阵的理想聚焦条件,提出了其焦矩阵的波矢量域求解原理及计算方法:首先从聚焦频率处的聚焦矩阵中依次选取一行向量,用CZT分别计算其它带内,各聚焦矩阵中相应位置的行向量的波矢量谱,再由傅立叶反变换得到相应的行向鼍.该方法可选择信号频带围内的任意值作为聚焦频率,...     

宽带自适应和差波束形成与测角方法研究

针对宽带自适应空频处理的信噪比要求高、计算量大等问题,本文提出了一种基于均匀线阵的无需预延迟处理宽带空时处理结构的自适应和差波束形成与测角方法。方法利用和波束指向在多频点处的响应来建立多约束条件,以此获得基于线性约束最小方差的自适应和波束权向量,对多频点的空时二维向量修正和波束权向量得到差波束权向量,最后进行和差波束形成,对每个样本和差比幅单脉冲测角。本方法相比于常规的自适应单脉冲测角方法,可有效地处理宽带信号,不需要对每个频带信号进行检测,具有低信噪比条件下可测角、测角精确度高等特点,而且仿真分析验证了当存在主瓣干扰时,该方法仍然有效。      

基于傅里叶系数权函数的宽带波束形成算法

提出了一种基于傅里叶级数系数函数权的宽带恒定束宽波束形成方法。该方法首先确定各个子带中心频率处的波束响应图,继而利用傅里叶系数求取公式分别求得各个子带中心频率处对应的权函数。并通过仿真验证了该方法可实现在信号带宽内基阵波束图主瓣宽度保持恒定,与基于Bessel函数的方法相比,具有更高的运算效率。     

基于频域模型的宽带信号子空间谱估计方法

宽带阵列信号是频率的函数,因此其阵列流型及协方差矩阵都随频率变化.本文基于宽带信号的频域模型,通过分析宽带阵列信号协方差矩阵的特征分解结构,证明了宽带阵列信号噪声子空间不随频率变化的特性,并根据这一特性,提出了基于频域模型的宽带子空间谱估计(SSEFD)方法.应用K.Buckley的BASS-ALE方法解决了该方法用于均匀线阵时存在的频率-方位模糊问题.计算机仿真结果验证了SSEFD方法的有效性,与H.Wang的CSS方法的统计性比较表明,新方法具有更高的估计精度.     

基于子阵时延的数字阵列宽带波束形成

数字阵列雷迭是雷达发展的重要方向之一。在宽带信号下,由于孔径效应影响,传统的波束形成方法会导致天线波束指向不准和主辩展宽,为此需要使用时延补偿单元取代传统窄带相控阵中的移相单元。文中以均匀线阵为模型,分析了瞬时带宽理论,并引入了分数时延滤波器的时延方法,实现数字阵列收发传输时延的精确补偿。仿真结果表明：在线阵中,对每个子阵采用分数时延滤波器进行数字波束形成,有效地解决了宽带信号波束图指向偏移,主瓣展宽的问题。     

一种新的子阵结构及其自适应性能分析

在阵列信号处理中，大型阵由于系统结构复杂，成本较高，在实际应用中受到限制，而采用子阵结构则可以减少接收通道数，简化系统设计，降低成本。本文针对等幅均匀线阵提出了一种新的结构简单的子阵，并且通过打乱子阵排列的周期性以及保证各子阵输出噪声功率相等，该子阵的栅瓣效应几乎可以忽略且其自适应方向图保形良好。     

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.     

调频步进雷达的和差单脉冲测角

角度测量是现代雷达的基本功能之一,而和差单脉冲测角是雷达中常用的一种测角方式,该文研究了调频步进雷达的和差单脉冲测角问题.在雷达采用均匀线阵、发射频率步进线性调频相参脉冲串信号的情况下,文中推导了调频步进雷达和差单脉冲测角的角敏函数,它等于各相参脉冲对应的差波束方向图之和与和波束方向图之和的比值,借助于该角敏函数可以进...     

基于遗传算法的宽带加权子空间拟合测向算法

宽带信号测向一直是信号处理领域研究的难点.本文把窄带情形下的加权子空间拟合测向算法推广到宽带情形,构造了一个目标函数,然后应用遗传算法进行非线性全局优化,即可得到波达方向估计值,同时避免了对入射方向进行预估计.把本文算法应用到均匀线阵上,仿真实验结果证明了算法的有效性.     

声矢量阵宽带恒定束宽波束形成技术研究

基于声矢量阵提出了一种宽带恒定束宽波束形成方法,该方法将宽带方位估计中的空间重采样思想应用到恒定束宽波束形成器设计之中,并通过计算机仿真实现了宽频范围内-3 dB主瓣宽度的恒定,这对于进一步研究声矢量阵宽带波束域高分辨方位估计技术是十分重要的。     

时域矢量阵宽带恒定束宽波束的形成方法研究

对于海底探测和分类问题的声呐系统来说,一般要求声呐系统具备在较宽频带内形成恒定束宽波束的能力。随着对矢量水听器认识的深入,开展基于矢量阵的恒定束宽波束形成器的研究越发变得必要。介绍了在时域矢量阵宽带恒定束宽波束形成的实现原理和设计方法,并以均匀等间距线阵为例,给出了时域恒定束宽算法的实现流程。通过计算机仿真,可以看到基于矢量阵得到的恒定束宽波束要比常规阵得到的恒定束宽波束性能好得多。系统的可行性得到验证。     

Broadband Frequency Invariant Beamformer

In the broadband signal processing, the array has different relative aperture for the different frequency bins, which results in waveform distortion. Moreover, the greater the bandwidth is, the more serious the distortion becomes. It is valuable to study the Frequency-invariant beam patterns (FIBPs) for receiving broadband signals without distortion. Based on the array dimensions, this paper will summarize some new methods to design a broadband beamformer with an FIBP. There will be two categories: One-dimensional arrays and Multi-dimensional arrays. For one-dimensional array, there are sampling rate method, minimax frequency invariant beamforming, etc. For multi-dimensional array, there are Bessel function method, Bessel function and phase mode method, and so on. Finally, we will discuss the pros and cons of every method.     

相位响应固定幅度响应约束的稳健波束形成方法

传统的幅度约束波束形成器是一个非凸问题,需将原始模型化为线性规划进行间接求解。该文针对均匀线阵提出一种相位响应固定幅度响应约束(PFMC)的稳健波束形成方法。利用权矢量逆序列对应的传递函数与阵列响应函数只差一个相位因子这一性质,将阵列响应的相位设置为固定的线性相位,仅对阵列响应的实数幅度进行约束,从而得到一个凸的代价函数,最优权矢量可以利用内点法求出。同时考虑到协方差矩阵误差,利用最坏(WC)情况性能最优原理提出PFMC-WC算法改善PFMC的性能。与传统幅度约束波束形成器相比,减少了约束个数并省掉了恢复权矢量过程,从而降低了计算量。此外,由于相位响应得到保证,该文算法相对于传统算法具有更好的性能。仿真实验验证了该文算法的有效性。     

一种宽带恒定束宽DBF技术实现方法

针对常规DBF方法不适用于宽带信号的问题提出一种宽带恒定束宽DBF方法.根据空间重采样理论将均匀线阵视为空间离散采样,利用内插定理得到各阵元在不同频点上的加权系数矩阵.利用维纳滤波理论设计宽带波束合成器拟合加权系数矩阵,实现宽带内波束指向一致,宽度相等.给出了理论分析依据及仿真结果,仿真结果表明了该方法具有计算复杂度低、稳健性强的优点.     

Design of broadband beamformers robust against gain and phase errors in the microphone array characteristics

Fixed broadband beamformers using small-size microphone arrays are known to be highly sensitive to errors in the microphone array characteristics. The paper describes two design procedures for designing broadband beamformers with an arbitrary spatial directivity pattern, which are robust against gain and phase errors in the microphone array characteristics. The first design procedure optimizes the mean performance of the broadband beamformer and requires knowledge of the gain and the phase probability density functions, whereas the second design procedure optimizes the worst-case performance by using a minimax criterion. Simulations with a small-size microphone array show the performance improvement that can be obtained by using a robust broadband beamformer design procedure.     

PDF's, confidence regions, and relevant statistics for a class ofsample covariance-based array processors

We add to the many results on sample covariance matrix (SCM) dependent array processors by (i) weakening the traditional assumption of Gaussian data and (ii) providing for a class of array processors additional performance measures that are of value in practice. The data matrix is assumed drawn from a class of multivariate elliptically contoured (MEC) distributions. The performance measures include the exact probability density functions (PDFs), confidence regions, and moments of the weight vector (matrix), beam response, and beamformer output of certain SCM-based (SCB) array processors. The array processors considered include the SCB: (i) maximum-likelihood (ML) signal vector estimator, (ii) linearly constrained minimum variance beamformer (LCMV), (iii) minimum variance distortionless response beamformer (MVDR), and (iv) generalized sidelobe canceller (GSC) implementation of the LCMV beamformer. It is shown that the exact joint PDFs for the weight vectors/matrices of the aforementioned SCB array processors are a linear transformation from a complex multivariate extension of the standardized t-distribution. The SCB beam responses are generalized t-distributed, and the PDFs of the SCB beamformer outputs are given by Kummer's function. All but the beamformer outputs are shown to be completely invariant statistics over the class of MECs considered     

基于广义旁瓣对消器的Laguerre宽带波束形成

基于Frost 结构的Laguerre 宽带波束形成器可以获得比FIR 宽带波束形成器和IIR 宽带波束形成器更好的性能,但其需要单极点的最优求解过程,存在计算复杂度较高及收敛速度较慢等问题.该文提出一种基于广义旁瓣对消器(Generalized Sidelobe Canceller, GSC)的Laguerre 滤波器宽带波束形成算法.该算法首先建立基于GSC结构的Laguerre 宽带波束形成器模型,然后利用最小二乘方法给出一种低复杂度的极点求解方法,最后利用归一化最小均方根误差方法实现宽带波束形成.仿真实验及理论分析表明,该方法无需基于Frost 结构的Laguerre 宽带波束形成器单极点最优求解过程,在保证算法较高的输出信干噪比的同时,减少了计算复杂度,提高了收敛速度.      

Robust forward backward based beamformer for a general-rank signal model with real-valued implementation

A robust forward backward (FB) beamformer for an incoherently scattered general-rank signal model with real-valued implementation is proposed based on the uniform linear array (ULA) structure by introducing a preprocessing transformation matrix. With the preprocessing, the computational complexity is reduced significantly due to a real-valued close-form solution for the optimum weight vector; furthermore, the proposed algorithm can achieve a higher output SINR (signal-to-interference-plus-noise ratio) and has lower sensitivity to the diagonal-loading parameters especially for low input SNR (signal-to-noise ratio) scenarios.     

Broadband Interference Suppression Performance of Minimum Redundancy Arrays

The broadband interference suppression performance of the minimum redundancy array (MRA) used in the linearly constrained minimum variance (LCMV) beamformer is studied in this paper. The ideal continuous-time, infinite-length filter instead of the realistic finite-order digital filter is assumed in the array processor. The expressions of the power spectrum of the beamformer output in different scenarios are derived to compute the mean output power. Several original properties of the performance of the MRA compared with that of the uniform linear array (ULA) are obtained by mathematical proofs and numerical studies.