宽带相干源波达方向估计的新方法及性能分析

本文首先介绍了宽带阵列信号的模型,然后给出了一种新的基于信号子空间的宽带信号DOA估计算法。新算法直接分解接收数据协方差矩阵得到聚焦矩阵,通过聚焦变换将不同频率点的信号子空间聚焦到参考频率点,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。由于是直接分解接收数据协方差矩阵得到聚焦矩阵,因此新算法无需预估计波达方向,可以避免角度预估计对测向性能的影响,而且减少了计算量,提高了宽带信号DOA估计的实时性。最后在16元均匀线阵的情况下,选用宽带高斯信号源进行仿真,将新算法与RSS算法和TLS算法相比较,验证了新算法的优良性能。     

相干信源DOA估计算法研究

相干信源DOA估计是阵列信号处理的一个研究热点。而空间平滑技术是目前一种较有效的降维类解相干处理算法,但它是通过牺牲阵列有效阵元数来换取解相干能力的,阵列孔径有一定的损失。本文提出了一种新的平滑去相干算法,该算法基于传感器阵列数据快照的基础上,采用前后向平移技术,使用同一几何阵列构造三个虚拟子阵,没有物理孔径损失,该算法对三个子阵列的数据协方差矩阵进行前后向平均,再采用传统的MUSIC算法进行DOA估计。仿真结果表明该算法比传统的平滑算法有更好的估计性能。     

冲击噪声背景下相干信号DOA估计

针对冲击噪声背景下相干信号源的波达方向估计问题,提出了一种基于分数低阶矩的修正MUSIC算法。首先根据阵列接收数据,计算出分数低阶矩矩阵,从而抑制冲击噪声对阵列接收数据的影响;然后采用修正MUSIC算法基本原理,通过对矩阵的共轭重排,解决因相干信号的存在而导致的阵列协方差矩阵秩的亏损问题,并提高了算法的估计性能。通过对所提方法进行仿真实验验证以及相关理论性分析得知：所提算法能够有效抑制冲击噪声的影响,同时可对相干信号进行解相干处理,并且与分数低阶奇异值分解算法及数据预处理后进行重构的自适应方法相比具有更高的估计精度和估计成功概率。     

一种改进的去相干波束形成算法

基于均匀直线阵列提出了一种改进的去相干波束形成算法数据平滑波束形成算法。该算法在空间平滑波束形成算法的基础上,通过分析接收阵列数据协方差矩阵的结构,获取其中所包含的需进行平滑的所有子阵数据协方差矩阵信息。对接收阵列数据协方差矩阵进行平滑处理,构造出前后向子阵数据协方差矩阵,避免了子阵数据协方差矩阵的计算,在保证波束形成性能的同时,可灵活地调整子阵长度,有效地降低了运算量。计算机仿真验证了所提算法的正确性和有效性。     

近场声源三维定位MUSIC算法研究

信号到达方向(DOA)估计是阵列信号处理的最主要目的之一,基于语音阵列的DOA估计与传统的窄带远场信号的DOA估计在信号模型和处理方法上有很大区别.本文把经典的MUSIC算法推广到语音阵列处理中,实现了声源三维定位.该算法的基本思想是:把宽带语音信号通过短时傅立叶变换转换为独立离散频率点,利用MUSIC算法求出每个/部分频率点的空间谱矩阵,然后加权平均这些空间谱矩阵.通过搜索该平均空间谱矩阵,找到信号源的位置.最后,在16元均匀圆环阵的情况下,选用双语音信号源进行了仿真.仿真结果表明,该算法定位性能优良.     

基于CS阵列的DOA估计

基于目标在空域分布稀疏的性质,通过引入压缩感知(Compressive Sensing或Compressive Sampling,CS)理论的思想,提出一种基于奇异值分解的压缩采样阵列(SVD-CSA)DOA估计算法。首先建立DOA压缩感知模型,根据阵列结构建立过完备原子库,然后对压缩采样阵列结构输出的数据矩阵进行奇异值分解,最后基于范数约束的最优化问题的目标函数将信号子空间分解到最佳基向量上,实现了空域信号DOA的高分辨估计。相对于已有算法,该算法减少了硬件复杂度,具有较低的运算量,且能够对相干信号进行有效DOA估计。实验仿真验证了其有效性。     

一种相干式分布源DOA估计的ESPRIT算法

本文研究了相干分布式信号源条件下的波达方向(DOA)估计问题.现有的分布式信号源模型的DOA估计方法一般需要假设描述分布式目标信号源模型的角信号分布函数具体的数学形式已知,并需求解2维或高维非线性参数估计问题.在角信号分布函数具体的数学形式未知的条件下,本文利用角信号分布函数的共轭对称性,提出了一种相干式分布源DOA估计的ESPRIT算法.该方法估计性能优于常规ESPRIT算法,与相干分布式目标特征值搜索方法相比,运算量较小,且避免了估计结果的模糊性问题.     

基于改进二维 MUSIC 算法的蓝牙信号到达角估计

蓝牙技术联盟在蓝牙 5. 1 规范引入寻向功能,为大幅提升蓝牙定位技术的精度提供了新的解决途径,但并未对信号的 角度测量算法提供统一方案。 针对低功耗蓝牙在室内环境多径干扰下到达角估计困难这一问题,提出了一种面向矩形阵列的 改进二维 MUSIC 算法,通过对矩形阵列天线阵元进行二次划分,采用前后向平滑的方法修正一维子阵的协方差矩阵,再利用接 收信号矩阵的广义逆求出各个子阵协方差的关系,从而修正整个阵列接收信号的协方差矩阵。 该算法在没有降低信号协方差 矩阵维数的同时,恢复了信号协方差矩阵的秩,有效抑制室内多径信源引起的干扰。 经过仿真实验,证明了本文算法在低快拍 数、低信噪比的情况下对角度估计的精度有着较大改善。 并设计了相应的硬件系统进行室内与室外的实验,结果表明在多径干 扰严重的室内定位时定位精度改善更为明显,室内定位圆概率误差降低了 26. 75% ~ 60. 25%。 仿真和现场定位实验证明了本 文提出角度估计算法的有效性,该算法对其他应用领域的来波方向估计也具有重要参考意义。     

基于稀疏表示的宽带DOA估计

提出一种基于空频域稀疏表示的宽带DOA估计方法。首先,用空间频率代替频率和方位角的二维组合构建过完备字典,字典的长度仅相当于窄带信号DOA估计的字典长度,却能实现宽带DOA估计。然后,对频域协方差矩阵进行特征分解,利用主特征向量建立稀疏模型进行DOA估计,提高了算法在低信噪比下的性能。理论分析和实验,证明了该方法可以对宽带范围内的多个窄带和宽带信号进行高精度的DOA估计,同时不需要进行任何处理即可直接应用于相干信号。     

基于DOA估计的GIL击穿放电定位方法研究北大核心CSCD

针对传统的GIL击穿定位方式测试过程复杂、定位精度较差的问题,采用基于传声器阵列的空间谱估计技术对GIL击穿信号源的位置进行了识别研究。通过连续小波变换对击穿信号进行时频域的联合分析,构建多分辨率时频阵列信号模型并引入到传统MUSIC算法中以提高对GIL击穿信号的DOA估计精度,通过数值模拟对算法的定位效果进行了分析,仿真结果表明结合连续小波变换的MUSIC算法对于瞬态击穿信号有更好的定位效果。采用8阵元的直线阵列在某高压大厅的GIS模型上代替GIL进行耐压击穿定位试验研究,基于连续小波变换的MUSIC算法结合双阵列平台交叉定位对GIL击穿信号源的定位误差小于10 cm,试验结果表明该方法可应用于GIL的击穿定位。     

基于改进MUSIC的声源定位方法

为设计更有效的声源定位方法,深入研究了传统 MUSIC 算法,并针对其分辨率低且在麦克风数目较少时波达方向 (direction of arrival,DOA)估计精度较差等问题,对传统 MUSIC 算法进行了优化,利用广义互相关算法估计出声源信号到达各 麦克风之间的时间差,并据此构建出对应的矢量信号,最后通过计算谱函数确定 DOA 估计值。 仿真和实验结果表明,优化后的 MUSIC 算法可以得到更加尖锐的指向性波束,更低的旁瓣,并且能使方位角的定位精度达到±4°,俯仰角的定位精度达到±5°。     

最小间隙阵的插值分析

本文根据空间阵列测向机理和空间采样协方差矩阵进行分析,分析结果提出了在非最小冗余阵列设置的情况下,根据已知信息,采用一种新的方法,可以提高信号的测量精度.同时,本文根据提出的方法进行了计算机仿真,试验证明该方法的正确性和可行性.     

基于MUSIC和ESPRIT算法的DOA动态布站

DOA估计是阵列信号处理领域中的一个研究重点。阐述了波达方向（DOA）估计中2种经典算法多信号分类算法（MUSIC）和旋转因子不变法（ESPRIT）。在噪声是均值为0、方差为05的高斯白噪声下进行了MUSIC算法的空间谱估计,准确地估计出3个来波信号的方向。同时,通过改变信噪比计算不同信噪比下MUSIC与ESPRIT算法估计结果的均方根误差,得出MUSIC算法与ESPRIT算法估计结果相比精度更高,但运行速度较慢。在相同信噪比下,改变阵元数,观察对两种算法均方根误差的影响,得出两者呈正相关。最后分析了在实际应用中外辐射源雷达系统常常使用两部或多部雷达布站,因此多舰艇编队的动态布站问题可以看作布站形式和平台机动的综合问题。分析了外辐射源多站系统在DOA体制下以几何精度因子表征为布站指标的探测精度,解决海基多站DOA动态布站问题。     

基于矩阵变换的均匀线阵测向方法研究

在子空间类DOA算法中,接受数据的协方差矩阵的好坏决定了测向性能的好坏,针对均匀线阵在低信噪比时分辨率不高的缺点,通过对接收数据的协方差矩阵的处理,提出改进的方法:对协方差矩阵做空域上的平均.计算机仿真表明,该方法能有效的提高低信噪比时的分辨率,而且原理简单,便于实现,有广阔的应用前景.