声矢量阵阵元姿态误差自校正算法研究

在实际情况下,声矢量阵存在阵元姿态误差。为充分认知阵元姿态误差,分析阵元姿态误差对声矢量阵波束图的影响。针对有源校正算法受限于实际的工作环境,提出了一种声矢量阵阵元姿态误差自校正算法。该算法通过非线性迭代使目标函数最小化,从而实现阵元姿态误差参数和信源波达方向（DOA）的联合估计。大量计算机仿真结果表明,该自校正算法具有良好的参数估计及快速收敛性能。     

基于子空间拟合的声矢量阵阵型校正算法及DOA估计

将声场中的声压、振速进行联合信息处理,基于信号子空间拟合原理提出了一种声矢量阵高分辨方位估计算法。该算法在估计性能上与声矢量阵MUSIC算法接近,但在运算量方面有所减少;并针对阵元位置存在误差时文中算法性能恶化的问题,基于迭代优化原理提出了一种声矢量阵阵型校正算法。该算法依赖两个方位未知的disjoint信源,结合单矢量传感器方位估计技术实现了对阵元位置误差的有效估计。仿真结果表明,随着disjoint信源信噪比的增大和快拍数的增加,声矢量阵阵型校正算法的性能明显提高。     

基于双平行互质阵列的二维非网格DOA估计

近年来,基于稀疏表示的DOA估计方法已经被广泛提出,这些方法都需预设离散的网格点,而实际信号来波方向在空间域内具有随机性,任何来波方向都是等概率出现,很有可能信号的来波方向不在网格上,因而会存在网格误差,使DOA估计结果产生较大偏差。为提高DOA估计精度,本文提出了非网格的DOA估计模型。同时,为提高测向自由度,本文应用由两个均匀线阵组成的互质阵列,并且将两个均匀线阵平行放置在同一平面。通过将两均匀线阵的互协方差矩阵向量化成互协方差矢量,可得到一维虚拟扩展的接收数据矢量,并且在稀疏表示框架下应用相应的稀疏恢复算法恢复出跟DOA参数相关的向量,从该向量中得到唯一的并且自动配对的二维DOA估计参数。仿真实验结果验证了本文算法较传统算法具有更好的DOA估计性能。     

四元数模型声矢量阵子空间旋转不变方位估计

传统的声矢量阵子空间旋转不变(ESPRIT)方位估计算法没有利用矢量水听器各输出分量之间的正交特性,对相关声源的估计精度和分辨能力较差,针对此问题,提出了一种基于四元数的二维声矢量阵EP-SIRT算法。首先将矢量水听器的声压和振速输出表示为四元数形式;然后将传统的ESPRIT算法推广至四元数数域,得到目标的方位估计结果。对算法的运算量和方位估计性能进行的仿真说明:与传统的EPSIRT算法相比,四元数域EPSIRT算法运算复杂度更低,对相干信号的估计精度和空间分辨能力更强。     

基于多路延迟结构的频率估计新算法研究

针对多路延迟数字测频结构,提出了基于多级维纳滤波( MSWF)的MUSIC频率估计方法。该方法利用MSWF的前向递推的多级分解特性来实现信号子空间和噪声子空间的快速估计,不需要估计协方差矩阵和对其作特征值分解,所以运算复杂度可以明显降低,并且子空间估计性能与常规方法几乎一样。最后在子空间分解的基础上,通过MUSIC算法对其频率估计性能进行比较。仿真结果表明MSWF-MUSIC算法和常规子空间分解MUSIC算法具有几乎一样的频率估计精度;但本文箅法降低了计算量和复杂度,更易于信号的实时处理;随信噪比或快拍数的增加,两算法的频率估计误差都越来越趋近于Cramer—Rao界。     

基于波束域的多测量矢量欠定系统正则化聚焦求解算法

针对传统波达方向角估计算法采样数据量大导致较大计算复杂度的问题,提出了基于波束域的多测量矢量欠定系统正则化聚焦求解算法。该算法首先基于压缩感知理论对空域稀疏信号进行压缩采样,并将压缩信号从阵元域映射至波束域,进而构造出新的波束域接收信号,而后使用多测量矢量欠定系统正则化聚焦求解算法实现信号的波达方向估计。仿真实验表明,与传统的Capon及MUSIC算法相比,所提算法可对相干信号进行有效DOA估计,具有较高角度分辨力和估计精度;与基于阵元域的正则化聚焦求解算法相比,所提算法具有较低计算复杂度。     

阵列幅相误差影响下的一维噪声子空间算法

针对阵元幅相误差对一维噪声子空间算法测向性能的影响,先根据相关参数推导出阵元幅相误差影响下的空间谱计算公式,再以均匀线阵为例进行仿真.其在信噪比较高和采样数较大情况下,对于波达方向角间隔较大的两不相干信号,一维噪声子空间和MUSIC算法都能准确估计其来波方向;当信噪比较低和快拍数较少,信号到达方向角间隔较小,此时MUSIC算法失效,而一维噪声子空间算法仍能正确的分辨出相邻的两个信号源.     

基于最小二乘估计的声矢量阵稳健波束形成

针对存在导向矢量失配和快拍数不足时,声矢量阵标准Capon波束形成器性能急剧下降的问题,提出了一种基于最小二乘估计的声矢量阵稳健波束形成算法。鉴于声矢量阵声压通道和振速通道的导向矢量误差来源不同,分别为声矢量阵声压通道和振速通道设计了广义旁瓣对消器;利用最差性能最优化的思想,将声矢量阵标准Capon波束形成器转化为稳健最小二乘估计问题;利用二阶锥规划求解。仿真分析表明,该算法在抗导向矢量失配、快拍数不足、阵元姿态误差方面均有良好的性能。     

基于均匀圆阵的方位估计及互耦自校正算法

阵元互耦会使大部分高分辨DOA(Direction of Arrival,来波方向)估计算法的性能恶化。针对均匀圆阵,提出一种互耦条件下的方位估计及自校正算法。该算法先利用均匀圆阵特殊的互耦特性对信号方位信息和互耦信息实现了解耦合,再构造代价函数来估计信号的方位信息,最后根据方位信息来估计互耦信息,整个过程无需任何互耦信息和校正源就可以实现两类参数的估计。理论分析和仿真实验表明:提出的算法很好地解决了均匀圆阵的耦合问题,具有精度高、计算量小的特点。     

采用矢量水听器线列阵的二维波达估计

提出了采用矢量水听器线列阵的二维波达估计方法。采用非等距稀疏直线阵,阵元之间的间距任意,不受半波长的限制.每个阵元（矢量水听器）由两至三个空间共点且轴向垂直的振速水听器和一个声压水听器构成。阵列流形可以被划分为几个子阵阵列流形,子阵之间的旋转因子与目标信号的方向余弦有关,而与阵元的间距无关。基于ESPRIT的思想,采用并行TLS矩阵束方法实现对目标信号的方向余弦的估计和自动配对,从而实现二维波达估计。计算机仿真实验结果证明了该方法的有效性。     

矢量阵改进常规波束形成

针对常规Bartlett波束形成无法充分发挥矢量阵抗干扰性能的问题,提出基于声压振速联合处理的矢量阵改进Bartlett波束形成方法.推导了该波束形成器的解析表达式,给出其方位谱计算方法,定义了左右舷模糊抑制增益用于分析两种方法单边指向性能.声压振速联合处理能够更好地抑制噪声使得改进方法旁瓣更低、左右舷模糊抑制性能更好...     

基于互协方差的L型嵌套阵列二维波达方向估计

为了解决L型均匀阵列波达方向（DOA）估计分辨率较低、估计信源数受限于阵元数、估计精度易受信噪比影响等问题,提出一种基于互协方差的L型嵌套阵列二维DOA估计算法。利用不同子阵间互协方差矩阵产生较长无冗余阵元的虚拟阵列,消除噪声干扰;利用虚拟阵列及其共轭矩阵构建等效协方差矩阵,实现虚拟阵列信号的解相干;采用旋转不变子空间技术对等效协方差矩阵进行处理,得到目标的角度信息;基于虚拟阵列等效信源的唯一性进行空间信源的角度匹配。对所提算法的DOA估计有效性进行仿真验证,结果表明,在阵元数相同情况下,该算法与L型均匀阵列相比在低信噪比环境下拥有更高的估计精度,能够辨识更多的空间信源。     

二维超分辨测向天线阵性能仿真与分析

文中在MUSIC算法的基础上，建立了平面任意形状阵列二维超分辨测向的数学模型及通用算法。针对不同天线阵列结构对二维测向性能的影响问题，分别以双排均匀线阵、均匀圆阵、均匀正方形阵和均匀L阵为模型进行了计算机仿真实验，并对这几种阵列的二维测角精度和稳健性进行了较全面的比较分析，得出了较理想的阵列设计方案。     

基于维度特性的二维到达角及极化参量联合估计算法

针对利用极化敏感阵列进行多维参数联合估计运算复杂度大的问题,提出一种基于噪声子空间维度特性的极化敏感阵列DOA及极化参数联合估计算法。算法利用阵列接收数据协方差矩阵噪声子空间的维度特性构造谱函数,有效降低了极化敏感阵列信号参数联合估计的计算复杂度,同时保证了算法的估计性能。对算法与现有基于长矢量的MUSIC算法的运算复杂度进行了理论分析对比。最后,仿真对比实验验证了算法的有效性。     

基于MUSIC算法的单矢量水听器方位估计

由于单个声压水听器无指向性,不能用来估计目标的方位,因此提出了一种基于单个矢量水听器的高分辨MUSIC算法。该矢量水听器由3个空间轴向垂直的振速水听器和1个声压水听器构成,充分利用矢量水听器的阵列流形特性,按照阵列信号处理的原理对其输出的标量场和矢量场信息进行联合处理,构造了单矢量水听器MUSIC算法。仿真结果显示,将MUSIC算法应用于单矢量水听器可以得到比Capon算法更尖锐的指向性波束,更低的旁瓣,大大提高了对目标的分辨能力,在高信噪比条件下能实现对目标高分辨的方位估计。     

A Void Reference Sensor-Multiple Signal Classification Algorithm for More Accurate Direction of Arrival Estimation of Low Altitude Target

There exists MUSIC （multiple signal classification） algorithm for direction of arrival （DOA） estimation. This paper is to present a different MUSIC algorithm for more accurate estimation of low altitude target. The possibility of better performance is analyzed using a void reference sensor （VRS） in MUSIC algorithm. The following two topics are discussed： 1） the time delay formula and VRS-MUSIC algorithm with VRS located on the minus of z-axes; 2） the DOA estimation results of VRS-MUSIC and MUSIC algorithms. The simulation results show VRS-MUSIC algorithm has three advantages compared with MUSIC： 1） When the signal to noise ratio （SNR） is more than - 5 dB, the direction estimation error is 1/2 as much as that obtained by MUSIC; 2） The side lobe is more lower and the stability is better; 3） The size of array that the algorithm requires is smaller.     

矢量阵两类阵处理方法研究

矢量阵扩展法阵处理实现了矢量阵与声压阵在形式上的统一,但在模型上对于振速对阵列性能影响的物理意义不够明晰。针对这一问题,分析扩展法阵列数据协方差矩阵构成,通过分块矩阵方法推导常规Bartlett波束形成方位谱表达式,实现了与矢量阵组合法阵处理的形式统一,使其具有清晰的物理含义,分析了扩展法不具有扩展孔径增益的原因,计算机仿真和湖试试验验证了理论分析结果。     

线阵中基于降维NC-MUSIC的非圆信号DOA估计算法

通信领域中非圆(NC)信号的波达方向(DOA)估计已经得到广泛的研究和应用。考虑到非圆信号的多重信号分类算法(MUSIC)计算复杂度较高,提出线阵中基于降维NC-MUSIC的非圆信号DOA估计算法。与传统的需要二维搜索的2D-NC-MUSIC算法相比,该算法只需要一维搜索,降低了计算复杂度。仿真结果表明,该算法优于传统的MUSIC算法,并且与2D-NCMUSIC算法的估计性能非常接近。