电磁矢量阵列的四元数Toeplitz矩阵重构算法

对于电磁矢量阵列的相干信源波达方向估计,针对空间平滑算法解相干时减少阵列有效孔径的问题,提出了一种四元数Toeplitz矩阵重构算法。首先,根据四元数的正交特性建立了信号接收模型,很好地保持了电磁矢量阵列的阵元输出信号两分量间的正交性,同时保证了波达方向角信息和极化信息都能包含在重构矩阵中;然后,在阵列各阵元接收数据与参考阵元接收数据的相关函数基础上,构成Hermitian Toeplitz矩阵,从而实现解相干。该算法与空间平滑算法相比增加了相干信源估计个数,且在低信噪比和入射角度接近时具有更好的估计性能,通过仿真实验得到了验证。     

信号DOA和极化信息联合估计的降维四元数MUSIC方法

基于简化电磁矢量传感器阵列,该文提出了一种新的降维四元数MUSIC估计方法。文中引用了四元数的概念,利用四元数的正交特性能够很好地描述矢量传感器阵元的正交结构这一优点,建立了电磁矢量传感器阵列的四元数模型,利用降维Q-MUSIC (Quaternion-MUSIC)方法先对极化信号DOA进行估计,通过已经估计出来的DOA信息,再借助传统的V-MUSIC (long-MUSIC)方法估计极化信息。从而依次获得极化信号的4个参数。仿真实验验证了算法的可行性。     

基于电磁矢量阵列孔径扩展方法的相干目标DOA估计

该文采用均匀且稀疏分布的电磁矢量矩形阵列,针对相干目标提出了一种有效的2维波达角(DOA)估计算法,该算法通过增加相邻阵元的间隔来扩展阵列的有效孔径,从而提高算法的DOA估计性能。论文首先结合极化平滑算法和传播算子方法得到存在相位周期性模糊的方向余弦估计。为了解决模糊性问题,论文通过协方差矩阵平滑提出一种新的解相干预处理算法,由该算法得到的信号子空间包含矢量阵元的导向矢量,且不存在相位模糊,利用此特点实现去模糊处理,得到目标的DOA估计。仿真结果表明,与基于ESPRIT的孔径扩展算法相比,提出的算法能够实现相干目标的DOA估计,同时无需特征值或奇异值分解,有更低的运算量。     

基于四元数的改进空间平滑解相干算法

针对常规的四元数空间平滑算法解相干时没有充分利用各子阵的互相关信息导致信号波达方向估计分辨率较差的问题,提出了一种基于四元数的改进空间平滑解相干算法。首先,利用四元数的正交结构可以很好地保持极化敏感阵列各阵元两分量输出信号之间固有的正交特性,建立了四元数接收信号模型。然后,在常规的空间平滑算法的基础上推导了改进的空间平滑解相干算法。该算法利用了阵列各子阵接收信号的全部互相关和自相关信息,在信号波达方向相近和信噪比较低的情况下,具有比常规空间平滑算法更优的波达方向估计性能。最后,通过计算机仿真验证了改进算法的有效性。     

互质阵列DOA估计性能综合分析北大核心CSCD

互质阵列是近年来兴起的新型阵列,能显著提高阵列自由度,处理信源数大于阵元数时的波达方向(DOA)估计,且能提高角度分辨率和测角精度。文中根据互质阵物理阵元和虚拟阵元特点,结合多重信号分类(MUSIC)算法提出适用于互质阵基于物理阵列和虚拟阵列的DOA估计方法。该方法以非相干信号源为研究对象,利用互质阵列建立信号接收模型,基于物理阵列的DOA估计方法根据互质阵物理阵元位置特点推导其导向矢量,然后根据导向矢量计算回波信号数据和信号协方差矩阵,最后利用MUSIC算法进行DOA估计。基于虚拟阵列的DOA估计方法根据其虚拟阵元数据特点在向量化协方差矩阵并去冗余后选取连续虚拟阵元接收数据,然后对新协方差矩阵进行一维Toeplitz平滑重构,最后利用MUSIC算法或求根MUSIC算法进行DOA估计。与等阵元数的均匀线阵进行对比,仿真实验验证了互质阵列DOA估计性能的优越性。     

基于单快拍极化平滑处理的DOA跟踪算法

该文研究了基于电磁矢量传感器阵列的相干信号波达方向(DOA)跟踪问题。首先,对一种增强阵列有效孔径的单快拍极化平滑估计算法(SSPSA)的解相干性能进行了分析,此算法可以用于相干信号的DOA快速估计。在此基础上,提出了一种基于迭代的相干信号DOA跟踪算法,此算法无需奇异值分解和矩阵求逆运算,具有较快的跟踪速度。仿真实验验证了算法的有效性。     

相干声波信号DOA单快拍矢量平滑估计与跟踪算法

本文研究了基于声矢量传感器阵列的相干信号波达方向(DOA)估计和跟踪问题.首先,根据中心对称均匀线阵方向矩阵的平移不变特性,提出了一种增强阵列有效孔径的单快拍矢量平滑估计算法(PVFSIA),该算法可以用于相干信号的DOA快速估计.在此基础上,提出了基于迭代的相干信号DOA跟踪算法,该算法无需奇异值分解和矩阵求逆运算,...     

电磁矢量传感器阵列相干信号源波达方向和极化参数的同时估计:空间平滑方法

研究如何利用电磁矢量传感器阵列中隐含的冗余空域信息解决多个相干极化信号源的二维波达方向(DOA)和极化参数的同时估计问题。基于整个阵列中所隐含的多个空域旋转不变结构,将组成阵列的单个或多个电磁矢量传感器单元看作一个无模糊子阵,利用空间平滑方法对阵列数据进行预处理,以恢复信号协方差矩阵的秩特性。在此基础上,利用多信号分类方法(MUSIC)和旋转不变参数估计方法(ESPRIT)完成多个相干极化信号源的二维 DOA 和极化参数的同时估计。文中还讨论了成功进行信号解相干的必要条件,并通过计算机仿真验证和比较了所给方法的有效性及其辨识能力。     

基于互质阵列的相干与非相干目标DOA估计算法

提出基于互质阵列的相干与非相干混合目标空间达波方向(DOA)估计算法。首先,基于差协同阵等效的概念,将互质阵列相关矩阵的元素重排形成增广相关矩阵;然后采用矩阵重构对增广相关矩阵进行解相关处理;最后,对解相关的增广相关矩阵进行多重信号分类(MUSIC)空间谱搜索,实现对目标的DOA估计。仿真结果表明,该算法可实现对数目多于互质阵列物理阵元的相干与非相干混合目标的DOA估计。对比矩阵重构、前向空间平滑和前后向空间平滑3种解相关算法,矩阵重构解相关获得了更大的可分辨目标数目,在低信噪比(SNR)下呈现出更佳的估计误差性能,而空间平滑解相关在低快拍情况下具备更优的估计误差性能。     

最小冗余线阵的ES-DOA估计算法研究

采用最小冗余线阵可以显著增大天线的阵列孔径,但其相关矩阵不是Toeplitz矩阵,致使空间平滑解相干等方法失效,限制其在相干信号环境下的使用。结合信号功率估计,采用基于特征空间DOA估计算法,使得在较低信噪比情况下的DOA估计具有很高的精度。该算法同时采用了前后向空间平滑技术,不用减小阵列孔径就可以实现信号去相干。将该算法应用于最小冗余线阵,提高了阵列的DOA估计性能,且不影响阵列孔径。仿真结果证实了该算法的具有较高的精度和较强的鲁棒性。      

基于稀疏拉伸式COLD传感器的波达角和极化参数估计

同点正交配置磁环和电偶极子(Co-centered Orthogonal Loop and Dipole, COLD)是常用的二分量电磁矢量传感器之一, 但是COLD传感器没有充分利用磁环和电偶极子分量的空间信息.针对由COLD传感器组成的均匀线阵, 磁环分量保持不变, 将电偶极子分量沿正交方向稀疏拉伸, 形成L形阵, 扩展阵列的空间孔径, 提出了基于广义旋转不变的降维多重信号分类算法.该算法利用L形阵的几何构形, 将导向矢量分隔成三部分, 利用广义旋转不变矩阵分别估计各个部分, 使得波达角和极化参数仅需一维谱峰搜索就可以估计得到.同时, 在参考点处新增一个电偶极子天线, 利用四元数模型解决了由于稀疏拉伸引起的相位周期模糊问题.仿真实验验证了所提算法的有效性.     

基于张量四元数极化平滑的极化-DOA估计

为了解决相干信号的极化平滑算法在小快拍数和低信噪比条件下估计性能较差的问题,结合四元数的正交特性和协方差张量方法,提出了一种基于张量四元数的极化平滑多重信号分类（Multiple Signal Classification,MUSIC）解相干算法。首先,为了充分利用接收数据样本中的多维结构信息,建立了由张量四元数表示的柱面共形阵列极化平滑信号模型;其次,将平滑后的张量协方差矩阵通过高阶奇异值分解得到信号子空间;最后,通过极化秩亏MUSIC算法对入射相干信号分别进行二维波达方向（Direction of Arrival,DOA）估计和极化参数估计。仿真结果表明,该算法在小快拍数和低信噪比条件下具有更高的估计精度和分辨能力。     

Efficient 2D DOA estimation of coherent signals in spatially correlated noise using electromagnetic vector sensors

This paper considers a new azimuth-elevation DOA estimation algorithm for multiple signals using electromagnetic vector sensor array. We firstly exploit the planar-plus-an-isolated sensor array geometry (Li et al. in IEE Proc Radar Sonar Navig 143(5):295–299, 1996) to define a full rank cross-covariance matrix. Then we develop an efficient ESPRIT-like algorithm using the so-called propagator to estimate the steering vectors of electromagnetic vector sensor, without performing eigen-decomposition into signal subspaces. Finally, we compute the vector cross product to obtain the closed-form azimuth-elevation angle estimates. The new algorithm does not require 2D iterative searching, and is applicable to coherent (fully correlated) signals and spatially correlated noise. In addition, the proposed algorithm offers enhanced estimation precision by sparse array aperture extension, but suffers no DOA cyclical ambiguity. Monte-Carlo simulations are presented to verify the effectiveness of the proposed algorithm.     

极化域-空域联合的四元数APES波束形成算法

为了得到稳定的波束方向图、进一步提高极化敏感阵列的滤波性能,文中提出了一种极化域 空域联合的四元数幅度相位估计(Q-APES, Quaternion-Amplitude and Phase EStimation)自适应波束形成算法。首先,利用四元数信号模型很好的保持了两分量阵列各阵元输出信号分量之间固有的正交特性,使得该模型较传统的长矢量模型更适合于极化敏感阵列信号处理。然后,将纯空域的APES算法拓展到极化域-空域联合处理中,给出了Q-APES算法的理论推导和分析,得出了四元数最优滤波权向量,并通过仿真实验验证了文中算法的有效性。计算机仿真结果表明,在强期望信号、低采样快拍数或是入射干扰信号与期望信号相干的情况下,文中算法都可以很好的实现极化域-空域联合自适应滤波。      

一种互耦和相干源条件下的DOA估计方法

空间平滑算法是一种常用的解相干处理方法,而阵元间互耦的存在会导致空间平滑算法失效,从而无法准确估计相干源DOA。针对这个问题,文中提出了一种新的DOA估计方法。该方法基于信号子空间和噪声子空间的正交性原理,利用入射信号源中的独立信号源可以有效估计出互耦矩阵,再通过估计的互耦矩阵对接收数据协方差矩阵进行互耦补偿,克服了互耦对空间平滑算法的影响,从而保证了相干源DOA能准确估计。计算机仿真实验表明了该方法的有效性。     

基于差分时间平滑的多径信号DOA估计

针对移动通信环境中,多径信号与独立信号共存的混合信号模型DOA估计问题,依据差分方法与时间平滑原理,提出一种改进的DOA算法。该算法增加了可分辨信源个数,同时提高了相干信源DOA估计的性能,仿真实验证明,该算法在混合信号模型下解相干性能优于传统空间平滑法。     

2-D direction finding of coherent signals VIA Temporo-Spatial processing

In most wireless communication systems, two-dimensional Directions-Of-Arrival (DOA) of multipath signals need to be found for spatial selective transmission. However, it is quite difficult to find their DOAs due to the coherent nature of multipath signals and considerable computations when performing 2-D searches. In this paper, a new algorithm to estimate 2-D DOA of multiple narrow-band signals is proposed. A DOA cyclic matrix is constructed whose eigenvalues and eigenvectors can be simultaneously used to extract 2-D DOA without 2-D searches. By exploiting the temporal property of cyclostationarity, the signal detection capability is significantly improved. Besides, based on the decorrelation model for mobile terminal signals, the algorithm can be effectively extended to the coherent case without spatial smoothing and the loss of array aperture. Simulation results are given to illustrate the performance of the new algorithm.