基于降维处理的MUSIC二维DOA估计算法

针对 MUSIC(多重信号分类法)估计方法实现二维 DOA(波达方向)估计的计算量大且遍历搜索耗时的问题,给出了一种基于降维处理的 MUSIC 算法。该算法无需进行二维谱峰值搜索。该算法利用二次优化方法将二维 DOA 估计分解为一维 DOA 估计,先通过一维 MUSIC 估计获得信号与 x 轴夹角,再利用最小二乘算法估计获得信号与 y 轴夹角。最后利用角度关系式得到信号的二维 DOA 估计值。该算法的复杂和搜索范围都大大降低,仿真表明,该算法具有较好的角度估计效果。     

极化敏感面阵的DOA-极化参数降维估计算法

针对极化敏感面阵的极化域-空域联合谱估计,现有的多重信号分类(Multiple Signal Classification, MUSIC)算法需要进行四维谱峰搜索,计算量较大。建立了一种极化参数与空域参数分离的长矢量模型,在此基础上提出了一种基于不等式约束的降维MUSIC算法。利用极化矢量的模值有界性,将联合谱估计问题转化为不等式约束优化问题,在空间域进行谱峰搜索先行估计出信号的波达方向(Direction of Arrival, DOA),进而估计极化相位差和极化幅角。与4D-MUSIC算法相比,所提算法将四维搜索降低至二维,运算量显著降低。计算机仿真实验证明了算法的有效性和高精度性。     

基于噪声子空间映射的二维波达角快速估计算法

为了降低二维MUSIC(Two Dimensional Multiple Signal Classification,2-D MUSIC)算法的计算量,提高算法的实时处理能力,基于噪声子空间映射思想提出了一种适用于任意平面阵列结构的二维波达角(Direction Of Arrival,DOA)快速估计算法.新算法利用空间角度划分及非线性变换将信号子空间与噪声子空间的正交性等价地压缩至某个角度分片内,使得真实DOA在该角度分片内产生虚拟镜像,通过搜索该角度分片得到虚拟DOA,最后利用数学式直接计算得到真实DOA.理论分析和实验结果表明新算法能够成倍地提高DOA估计的速度,同时具有比MUSIC算法更高的空间分辨率.     

基于L型阵列酉变换矩阵重构的二维DOA估计

二维空间信号波达方向（DOA）的估计是阵列信号处理的一个关键研究问题。经典的二维 MUSIC算法固然精度高,但此算法需要二维谱峰搜索,运算较为复杂。提出一种用于L型阵列的二维DOA估计算法,通过矩阵重构使得阵列输出矩阵变为中心对称矩阵,再利用酉变换矩阵将其由复值矩阵变为实值矩阵。该方法可以直接得到目标参数,不需要谱峰搜索,使得运算量大大降低。相比于 L 型阵列适用的增广矩阵束（MEMP）算法,该算法可以估计更多信源的DOA,并能获得较高的分辨率。计算机仿真结果表明,该算法具有较高的DOA估计精度。     

互相关矩阵重排获取信号子空间的二维DOA估计算法

本文提出一种L型阵列的二维子空间DOA估计算法,该算法通过重排阵列接收数据的互相关矩阵获取信号子空间,然后根据信号子空间生成一个二维谱函数,最后通过二维搜索估计信号的来波方向。由于该算法采用二维谱峰搜索,所以不需要对俯仰角和方位角进行配对。与二维MUSIC算法相比,该算法的估计精度略有下降,但该算法不需要对矩阵做特征值分解,计算量降低且易于实现。文中给出了该算法的推导过程和具体实现步骤,并进行了实验仿真,仿真结果说明了算法的有效性。      

基于子空间旋转变换的低复杂度波达角估计算法

多重信号分选(MUltiple SIgnal Classification, MUSIC)算法是波达方向(Direction-Of-Arrival, DOA)估计的最重要算法之一,但庞大的计算量使其工程实用性大打折扣。为降低MUSIC的计算量,该文基于子空间旋转(Subspace Rotation Technique, SRT)变换思想提出了一种高效改进算法,即SRT-MUSIC算法。SRT-MUSIC利用秩亏特性对噪声子空间矩阵按行分块并以旋转变换得到降维噪声子空间,进而基于该降维噪声子空间与导向矢量的正交性构造空间谱估计信号DOA。理论分析表明:SRT-MUSIC能有效避免空间谱搜索中的冗余运算,从而成倍降低算法的计算量。对于大阵元、少信号情况,所提算法计算效率优势更为明显。仿真实验证明了SRT-MUSIC的有效性和高效性。     

IR-UWB 系统中基于 root-MUSIC 算法的 TOA 和 DOA 联合估计简

针对二维多重信号分类算法可以估计出系统的到达时间(TOA, time-of-arrival)和波达方向(DOA, direction- of-arrival)参数,但需要复杂度非常高的二维谱峰搜索这一问题,提出了IR-UWB系统中基于求根MUSIC(root-MUSIC)的TOA和DOA联合估计算法,该算法对接收信号的频域形式建模,先估计出TOA,然后由TOA的差值计算出DOA,从而实现TOA和DOA的联合估计。该算法不需谱峰搜索,可直接给出估计参数的闭式解,还可实现参数配对。还推导了参数估计的误差方差。仿真结果表明,该算法的参数估计性能明显优于矩阵束算法、传播算子算法以及基于旋转不变技术估计信号参数算法,并且非常接近于2D-MUSIC算法,但该算法的复杂度却远远低于2D-MUSIC算法。     

小生境粒子群算法在多信号DOA估计中的应用

多重信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)算法是波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计领域中的经典算法之一,但其谱峰搜索过程的巨大计算量降低了算法的实时性.经典进化算法虽能降低搜索时间,却仅能搜索到一个解,当存在多个入射信号时便无法搜索全部解.为了...     

基于MUSIC算法的L型阵列MIMO雷达降维DOA估计

该文提出一种基于MUSIC算法的L型阵列多输入多输出雷达降维波达方向(DOA)估计算法。该算法首先针对L型阵列导向矢量的结构,构造出一个降维矩阵,将回波信号转换到低维空间。然后利用二次优化方法将2维DOA估计分解为两个1维DOA估计。最后利用MUSIC空间谱估计其中1维角度,并利用求得的角度回代谱函数,对另1维角度进行求根估计。该算法将2维空间谱搜索降为1维搜索,极大地降低了运算复杂度。理论分析和仿真结果验证了该算法的准确性和可行性。     

MUSIC测向算法的入射方向确定方法

MUSIC(MUltiple SIgnal Classification)等谱峰搜索类算法的计算量主要集中于谱峰搜索过程,加大搜索步长虽可减小计算量,但会引起空间谱的畸变从而造成测向误差。先采用大步长搜索确定谱峰大约位置后再用小步长搜索可以减小测向误差,且增加的计算量较小,但其实时性不佳。文中提出了基于重心估计的入射方向确定方法,利用现有谱峰搜索数据进行后处理,当搜索步长远大于MUSIC测向算法本身的均方根误差(RMSE,Root Mean Square Error)时,可用很小的计算量大大提高测向精度,具有良好的工程应用价值。      

基于双向传播算子的互质面阵二维波达方向估计

针对谱峰搜索的二维波达方向估计中现有算法复杂度高,精度受搜索间隔影响较大的问题,给出了一种双向传播算子的互质面阵二维波达方向估计算法,实现了俯仰角和方位角的低复杂、高精度、无模糊联合估计.该方法首先将互质阵列引入到二维波达方向估计中,构造互质平面阵模型,然后采用两次旋转不变传播算子方法计算出不同阵列流型方向上的旋转因子矩阵,根据旋转因子矩阵解算出目标信号的俯仰角和方位角,同时利用互质理论消除了稀疏阵列角度估计的不确定性,证明了互质阵列模型下采用双向传播算子方法进行俯仰角和方位角估计的无模糊性.对算法的复杂度进行理论分析,并给出了平面阵列角度估计的克拉美罗界推导.理论分析与仿真结果表明,算法不需要进行角度匹配和谱峰搜索,在相同条件下的均方根误差性能优于均匀平面阵的多重信号分类算法,并且以较低的复杂度无模糊的达到了高维网格搜索的精度.     

Joint Estimation of TOA and DOA in IR-UWB System Using a Successive MUSIC Algorithm

Time-of-arrival (TOA) and direction-of-arrival (DOA) are key parameters in the impulse radio ultra wideband (IR-UWB) positioning system with a two-antennas receiver. A two-dimensional (2D) multiple signal classification (MUSIC) algorithm, which requires the 2D spectral peak search, can be used to estimate the parameters, but it has much higher computational complexity. This paper proposes a successive MUSIC algorithm for joint TOA and DOA estimation in IR-UWB system to avoid 2D spectral peak search. The proposed algorithm obtains the initial estimate of TOA corresponding to the first antenna via Root-MUSIC, and simplifies the 2D global search into successive one-dimensional searches to achieve the estimation of TOAs in the two antennas. It then estimates the DOA parameters via the difference of the TOAs between the two antennas. The proposed algorithm can get the parameters paired automatically, and has a much lower complexity than 2D-MUSIC algorithm. In addition, we have derived the mean square error of TOA and DOA estimation of the proposed algorithm and the Cramer–Rao bound of TOA and DOA estimation in the paper. The simulation results show that the parameter estimation performance of the proposed algorithm is better than that of Root-MUSIC, and is almost the same as that of 2D-MUSIC algorithm. Moreover, it has much better performance than matrix pencil algorithm, propagator method and estimation of signal parameters via rotational invariance techniques algorithm.     

采用降秩多级维纳滤波器的二维DOA估计快速算法

针对双平行线阵的二维波达方向(DOA)估计问题,为有效降低计算复杂度,提出了一种基于降秩多级维纳滤波器(MSWF)的快速算法。首先利用MSWF的前向递推实现信号子空间的快速估计,无需估计协方差矩阵和特征分解;然后,通过MUSIC算法对方位角和俯仰角的估计进行分维估计,使二维DOA估计退化为两个一维DOA估计问题,且方位角和俯仰角自动配对,进一步降低了运算量。仿真结果表明,该方法的估计精度优于同样基于双平行线阵提出的波达方向矩阵法(DOAM),俯仰角兼并时同样适用,计算复杂度低,适用于实时性要求高的应用背景。     

柱面共形阵列高性能低复杂度DOA估计算法

针对柱面共形阵列的波达方向(DOA)估计问题,从信号子空间的角度分析了在阵元遮挡下应用多重信号分类(MUSIC)算法的性能缺陷。在此基础上提出通过偏置常数的方法克服经典MUSIC算法的阵元遮挡问题。进一步提出一种基于数据自适应子阵分割的快速DOA估计算法,该方法先利用稀疏采样的偏置MUSIC算法进行DOA预估,依此确定所需要的子阵及二维搜索区域,确定MUSIC算法的搜索范围,进而得到高精确度的DOA估计。利用子阵分割的方法进行DOA估计,避免了经典MUSIC算法因阵元遮挡导致运算量大、精确度低等问题。仿真结果表明,该方法能大幅度降低运算复杂度,同时提高DOA估计精确度。     

基于分数阶傅里叶变换的线性调频信号二维波达方向估计

 本文提出了一种基于分数阶傅里叶变换(Fractional Fourier Transform,FRFT)的多线性调频(Linear Frequency Modulation,LFM)信号二维波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计方法.该方法利用FRFT对LFM信号的能量聚集特性,构造出一种新的分数阶傅里叶域的阵列信号数据模型,并利用MUSIC算法实现对多个LFM信号的二维DOA估计.仿真实验验证了算法的有效性.     

Efficient 2-D DOA and frequency estimation for L-shaped array via RD-PM

This paper addresses the issue of joint two-dimensional direction of arrival (2-D DOA) and frequency estimation via reduced-dimensional propagator method (RD-PM) with L-shaped array. The proposed algorithm has no need for eigenvalue decomposition of the sample covariance matrix and simplifies three-dimensional global spectral search within the three-dimensional propagator method (3-D PM) to one-dimensional local search, which greatly reduces computational complexity. Furthermore, the proposed algorithm can work under both uniform and non-uniform L-shaped array and can achieve paired 2-D DOA and frequency estimates automatically. In addition, the 2-D DOA and frequency estimation performance for the proposed method is approximate 3-D PM algorithm and parallel factor (PARAFAC) method but exceeds the estimating signal parameters via rotational invariance techniques (ESPRIT) algorithm and improved PM algorithm. The detailed derivation of Cram´er-Rao bound (CRB) is provided and the simulation results demonstrate the effectiveness and superiority of the proposed approach.     

基于宽带均匀同心球阵列的低复杂度二维波达方向估计算法

该文提出一种基于宽带均匀同心球阵列(UCSA)的2维波达方向(2D-DOA)低复杂度估计算法.该方法将宽带UCSA输出信号转换为相位模式,并对其进行频率补偿,实现近似频率不变(FI)特性,从而降低宽带信号处理的计算复杂度.为了进一步降低2D-DOA估计的计算复杂度,该文提出基于FI-UCSA的降维多重信号分类(MUSI...     

采用Radon-Wigner变换的二维波达方向估计

针对宽带多线性调频信号2维波达方向(2-D DOA)估计精度低的问题,该文提出了一种基于Radon-Wigner变换(RWT)的2-D DOA估计方法。该方法利用RWT在多目标环境下能够有效抑制交叉项干扰和噪声,具有很好的时频汇聚性特点,通过峰值搜索确定目标个数并重构信号阵列,最后利用MUSIC空间谱分析方法实现了对多个LFM信号的2-D DOA估计。仿真实验表明,基于RWT的DOA估计方法能对非平稳信号进行有效的2-D DOA估计。