一种改进的信号子空间聚焦宽带DOA估计算法

信号子空间聚焦（FSS）算法可实现宽带相干信号的波达方向（DOA）估计,但其在短快拍条件下存在估计精度差、分辨率低的问题。提出一种改进的信号子空间聚焦（MFSS）算法。根据波长间隔与阵元间距的匹配度选取最佳参考频点及子频带,通过Hankel矩阵奇异值分解重构子频带的协方差矩阵,并利用信号子空间聚焦法构造聚焦协方差矩阵,使用Root-正交传播算子实现DOA估计。实验结果表明,相比FSS、MTOPS、LR-MUSIC算法,MFSS算法复杂度较低,能够有效提高估计精度和速度。     

低信噪比条件下的高分辨DOA估计算法

提出一种基于多级维纳滤波器（MSWF）的信号波达方向（DOA）估计算法。通过测试信号子空间的估计值与噪声子空间的正交性实现DOA粗估计,通过测试MSWF分解的互相关函数实现信号DOA的精估计。仿真实验表明,在低信噪比条件下,该算法比已有的子空间类算法有更好的分辨率和误差性能。     

实值空间的宽带信号测向新方法

为了降低宽带信号TCT方位估计算法的运算量和分辩门限,针对中心对称阵列,将实值处理过程和子空间投影MUSIC的思想引入宽带信号方位估计,提出一种宽带信号方位估计新方法。该方法首先各个频率子带的数据协方差矩阵去噪且双向平滑,然后使用左实变换矩阵将它们变换为实数矩阵,从而大大降低了后面矩阵特征分解时运算量,接着使用双边相关变换（TCT）方法选取聚焦矩阵对各个频率子带的实协方差矩阵进行变换得到同一参考频率点的数据协方差阵,最后利用基于子空间投影的MUSIC方法进行一系列一维搜索算法来求得各个目标的方位角。仿真实验结果表明,此方法比常规宽带TCT方法运算量小,且具有更低的分辨门限和更小的估计偏差。     

基于稀疏表示的OFDM信号的DOA估计

针对正交频分复用（OFDM）, 宽带信号波达方向(DOA)估计问题, 提出一种基于宽带信号协方差矩阵稀疏表示的DOA估计方法。该方法是在协方差矩阵主对角线下对左下角三角形元素按各条对角线取平均值后形成一个新的向量, 然后将该向量写成冗余字典形式。在冗余字典下对信号进行稀疏性约束形成二阶锥约束优化问题, 再用工具箱SeDuMi来实现DOA估计。理论分析和仿真结果表明, 该方法在低信噪比和少快拍数下分辨率很高, 是一种有效的宽带信号DOA估计算法, 此方法优于基于高阶累积量算法和宽带聚焦算法的DOA估计方法。     

宽带混合信号的快速DOA估计算法

针对均匀线列阵,在宽带混合信号(不相关和相干信号共存)情形下,提出了一种DOA快速估计新算法。利用阵列协方差矩阵的Hermitian性,通过酉变换将各频点的复数据矩阵映射为实矩阵,通过实值化的TOFS法先直接估计出宽带非相关信号的DOA;然后利用空间差分技术,在各个频点上得到只含相干信号的数据协方差矩阵;通过Toeplitz矩阵重构,在不降低阵列孔径的条件下,可实现相干信号的解相干,再利用实值TOFS法可得到相干信号的DOA。由于算法是并行分别对不相关和相干信号进行DOA估计,在信源过载(信号数大于阵元数)的情形下,算法依然有效,同时由于实值化,算法的计算复杂度较小。仿真结果验证了算法的有效性。     

基于改进MUSIC算法的宽带信号DOA估计

现有的波达方向（DOA）估计算法在估计被动探测系统中的宽带信号方位时,存在DOA估计结果偏差大、运算复杂度高等问题,难以满足信号实时处理的要求。为提高多源信号DOA估计的空间分辨率,提出一种基于S变换且不需要预估信号源个数的多重信号分类改进算法。根据宽带信号的频域特征,利用S变换处理阵列接收信号,得到多分辨的时频谱矩阵,同时构建时频域的阵列信号数据模型,结合信号功率谱矩阵呈联合对角化结构的特点,设计基于S变换的子空间谱估计公式。在此基础上,通过谱峰搜索进行DOA估计,实现多源宽带信号的声源定位。仿真结果表明,在信噪比范围为-15～10 dB的条件下,该算法的估计成功率始终保持在90%以上,相比TCT、CS＿TCT、CWT＿MUSIC算法,其具有较优的估计性能,并且无需预估信号源数。     

基于宽带聚焦矩阵和高阶累积量的OFDM信号的来波方向估计

为了解决正交频分复用(OFDM)宽带信号处理的问题,研究了基于宽带聚焦矩阵和高阶累积量的波达方向(DOA)估计方法。前者是通过傅里叶变换将宽带阵列数据分解为若干窄带信号,再利用一种聚焦矩阵将不同频带下的方向矩阵变换到同一参考频率下,然后用多重信号分类(MUSIC)算法来估计DOA;高阶累积量算法是通过聚焦操作,把各个窄带频率处的阵列输出矢量变换到聚焦频率处,然后求其累积量矩阵。对各个累积量矩阵进行加权平均并特征值分解,再应用MUSIC算法估计DOA。理论分析和仿真结果表明,两种方法都能够精确地估计OFDM信号的DOA,四阶累积量方法的空间分辨率比聚焦矩阵方法有所提高。四阶累积量算法扩展了阵列孔径,信噪比(SNR)较低的时候也有很好的适应性。     

一种新的宽带DOA估计自聚焦算法

具有较高精度的宽带信号波达方向（DOA）快速估计算法是其实用化所要解决的重要问题。提出了一种新的相干子空间（CSM）类宽带DOA估计自聚焦算法。算法利用子空间投影变换将信号分离后分别处理,通过不断更新聚焦方向实现自聚焦。与已有算法相比,不受DOA初始值的影响,有更小的聚焦误差;不同目标在聚焦矩阵更新过程中无需再做奇异值分解,有较低的实时计算量。仿真实验表明,算法以较小的计算代价实现了近乎最优的聚焦性能,有较高的DOA估计精度。     

基于低秩矩阵恢复的DOA稀疏重构方法

为提高非均匀噪声下波达方向（direction of arrival,DOA）角估计算法的估计精度和分辨率,基于低秩矩阵恢复理论,提出了一种二阶统计量域下的加权L1稀疏重构DOA估计算法。该算法基于低秩矩阵恢复方法,引入弹性正则化因子将接收信号协方差矩阵重构问题转换为可获得高效求解的半定规划（semidefinite programming,SDP）问题以重构无噪声协方差矩阵;而后在二阶统计量域下利用稀疏重构加权L1范数实现DOA参数估计。数值仿真表明,与传统MUSIC、L1-SVD及加权L1算法相比,所提算法能显著抑制非均匀噪声影响,具有较好的DOA参数估计性能,且在低信噪比条件下,所提算法具有较高的角度分辨力和估计精度。     

基于分数阶傅里叶变换的宽带LFM相干信号二维DOA估计

在分数阶傅里叶(FRF)域从离散角度推导了二维DOA估计数学模型,并在此模型基础上提出基于分数阶Fourier变换的二维相干信号DOA估计新算法.该方法利用分数阶傅里叶变换良好的能量聚集性,在分数阶傅里叶(FRF)域构造前后向空间平滑DOA矩阵.通过对DOA矩阵进行特征值分解,估计信号子空间和噪声子空间,由信号子空间的特征值和特征向量得到宽带LFM相干信号的二维到达角,避免了二维谱峰搜索和交叉项,也无需参数配对.理论推导与实验仿真验证了算法的有效性.     

基于矩阵重构的非等功率相干信号DOA估计

针对功率相差较大和角度相隔较小的相干信号的波达方向(DOA)估计问题，提出一种基于Toeplitz矩阵重构的不变噪声子空间算法。对各个阵元的接收数据与参考阵元接收数据的相关函数进行排列，构造满秩的Toeplitz矩阵；引入虚拟信源优化Toeplitz矩阵，利用其不变噪声子空间特性估计信号波达方向。仿真结果表明该算法可以准确估计出功率相差40 dB、角度相邻2°的相干信号DOA,较空间平滑类算法具有更高的成功率与更强的分辨率。     

基于改进加权空间平滑的凸优化协方差估计

针对相干信号受到非均匀噪声的干扰,在低信噪比环境中常规DOA估计存在估计效果较差甚至失效的情况,基于改进加权空间平滑,提出一种使用凸优化构造最优权重矩阵的方法。改进加权空间平滑算法解相干的同时构造权重矩阵,再用凸优化重构无噪声权重矩阵,将平滑过的协方差矩阵加权,并用MUSIC算法进行DOA估计。仿真结果证实,所提方法相对于空间平滑（spatial smoothing,SS）、基于特征空间MUSIC的空间平滑估计（spatial smoothing and eigen space based MUSIC,SS-ESMUSIC）以及接收信号协方差矩阵秩最小化（spatial smoothing based covariance rank minimization,SS-CRM）算法能更好地抑制非均匀噪声和解相干,且减少了低信噪比的干扰,展现出更优良的分辨力和准确性。     

基于SVD的二维子空间拟合DOA估计

改进传统子空间拟合波达方向(DOA)估计方法,以快拍数据矩阵的奇异值分解代替接收数据协方差矩阵的特征值分解,用奇异值和奇异值矢量进行信源数估计,避免协方差矩阵估计,减少运算量和矩阵估计误差。根据已有子空间拟合的一维修正变化投影(MVP)算法原理,推导出二维MVP算法实现步骤,对基于均匀圆阵的接收信号进行二维DOA估计。     

一种宽带信号DOA估计新方法

该文研究了信号稀疏分解在阵列信号处理中的应用，将信号非正交分解应用到阵列信号处理领域，突破了信号正交分解的思想．通过计算传感器阵列输出信号的稀疏分解，实现了信号空间谱的超分辨估计，提出了一种全新的宽带信号源波达方向（DOA：Direction of Arrival）估计算法。在较低信噪比情况下，该新算法的性能优于传统的波达方向估计算法，计算机仿真结果验证了算法的有效性。     

非均匀线阵的宽带波达方向估计

研究了基于非均匀线阵的宽带DOA估计问题和非均匀线阵的阵形。对宽带相干信号子空间算法（CSM）和修正MUSIC算法（MMUSIC）的基本原理作了简单介绍。基于修正MUSIC算法和CSM算法,提出了一种适合非均匀线阵的宽带DOA估计算法。仿真结果表明提出算法在非均匀线阵对称布阵方式下取得很好的效果,提高了DOA估计性能。     

基于新型聚焦矩阵的宽带信号DOA估计

针对宽带信号波达方向(DOA)估计问题,分析聚焦变换的原理,提出一种基于阵列输出信号协方差矩阵的聚焦算法.通过对不同频率和聚焦频率下的输出信号协方差进行特征分解,分别求取其大特征值对应的特征向量.根据最佳聚焦矩阵的求解条件,求出聚焦矩阵的表达式.该方法无需进行方位角度预估计,可以处理相干宽带信号源的DOA估计问题.通过实验仿真和性能分析验证了该算法的有效性.     

基于COLD阵列的联合稀疏重构信号DOA估计方法

针对窄带和宽带两种情形,提出了一种基于同点正交磁环偶极子矢量天线（Co-centered orthogonal loop and dipole,COLD）阵列的联合稀疏重构信号波达方向（Direction-of-arrival,DOA）估计方法。该方法首先构造极化-空间域协方差矩阵,并对其第一列进行稀疏表示,在此基础上利用COLD阵列可视为相互垂直的磁环阵列和偶极子阵列这一特点,采用l2-范数约束下的凸优化（l1-范数）联合稀疏重构技术实现信号DOA估计。仿真实验表明,该方法较之现有方法具有分辨力高、估计精度高等优点。     

一种新的高分辨稳定阵列信号估计算法

为提高信号的分辨率,提出了一种新的基于均匀线阵的高分辨稳定的阵列信号方向(DOA)估计方法。主要利用阵列接受数据的自相关矩阵进行特征分解,得到最大特征值所对应的最大特征向量。按一定的方式对最大特征向量数据进行重排,构成新的矩阵,通过SVD分解获取信号的噪声子空间,然后利用特征空间的正交性进行DOA估计。新方法由于新构矩阵的特殊性能实现相干和非相干信号的同时分辨,能克服常用阵列信号估计MUSIC法信噪比门限较高以及常用解相干平滑算法(FBSS)无法完全利用阵列接受数据自相关矩阵的固有缺陷。大量的计算机仿真实现表明,方法是一种高分辨、高稳定性的DOA估计算法。     

基于遗传算法的宽带目标波束空间DOA估计

提出一种基于遗传算法的宽带目标到达方位(DOA)估计新方法,该方法首先通过傅立叶变换方法设计频域恒定束宽转换矩阵,并使用该矩阵将阵元空间的数据转换到波束空间,同时,利用宽带波束空间遗传算法进行DOA估计。计算机仿真表明:在低信噪比条件下该算法相比于CSS类子空间算法、CSS类最大似然算法和阵元空间遗传算法有更高的分辨概率,更小的均方误差。     

基于对称谱的宽带相干信号快速DOA估计

针对聚焦类宽带信号方位估计算法运算量较大的问题,提出了一种快速算法。首先利用矩阵的Toeplitz化重构,不用对阵列进行子阵分割,就可实现宽带信号的解相干;然后根据接收数据协方差矩阵的厄尔米特特性,利用酉变换将复数矩阵映射为实数矩阵,通过在实数域特征分解,降低了特征分解的计算复杂度;最后通过投影子空间正交技术,利用噪声子空间和共轭噪声子空间重新构造空间谱,根据谱对称性,在半谱内搜索即可得到信号的角度,同时使谱峰搜索的运算量降低了一半。理论分析及仿真结果表明,新算法无需聚焦运算,精度较高,运算量小,对宽带相干信号有效。