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,...     

基于MUSIC算法对相干信号DOA估计的研究

空间谱估计是阵列信号处理中的一个重要研究课题。针对经典MUSIC算法在入射源相关的情况下测向失败的问题,通过前后向空间平滑MUSIC算法,利用子阵平滑恢复数据协方差矩阵的原理进行解相干,进而对入射源的波达方向（DOA）进行估计。仿真结果证明：前后向空间平滑算法不仅能估计出空间相互独立信号源的波达方向,还能有效分辨出相干信源的到达角度,且具有较高的分辨能力和估计精度。     

鲁棒的四元数空间平滑算法

本文针对相干信号波达方向(DOA)估计问题,利用简化电磁矢量传感器阵列提出了一种基于四元数模型的空间平滑(Q-SS)算法。首先,根据四元数的正交特性能够很好地描述矢量传感器阵元内部信号分量之间的垂直关系这一特点,将每个阵元的两分量接收数据合成为一个四元数,建立了简化电磁矢量传感器阵列的四元数接收模型,该模型比传统的长矢量模型更适合于矢量传感器阵列的信号处理。在此基础上,利用本文提出的Q-SS算法对相干信号进行预处理,实现了解相干,并对解相干性能进行了分析,然后通过四元数域的ESPRIT算法估计出相干信号的DOA。理论分析表明Q-SS算法比传统的长矢量空间平滑(V-SS)方法有更高的DOA估计精度,具有对矢量传感器内部电场噪声分量解相关的能力,这是V-SS算法所不具备的优势。最后,通过计算机仿真实验比较和分析了所提算法的有效性。      

高分辨率宽带相干信号波达方向的高效估计

本文给出了一种用于多源宽带相干信号波达方向(DOA)估计的快速算法。它是基于信号子空间技术,通过截取中心窄带频段数据并进行空间平滑来获得对方向的高效估计。文中最后通过计算机仿真,与CSM方法进行了比较,验证了本算法的快速、高分辨率等优良性能。     

虚拟空间平滑算法

根据MASK、BPSK和AM等信号的实值特性,利用阵列接收数据及其共轭信息,构造了虚拟子阵,提出了虚拟空间平滑算法,较好地解决了信号高度相关问题.虚拟子阵具有M个阵元,避免了阵列孔径的损失,使该算法最大可分辨的相干信号数目为M-1.仿真实验证明,与前后空间平滑算法相比,该算法提高了空间分辨率,适应小样本,在一定程度上可以降低了计算量.     

MODE SPACE SMOOTHING ALGORITHM TO ESTIMATE DOA OF COHERENT SIGNALS IMPINGING ON UNIFORM CIRCULAR ARRAY

A novel method to estimate DOA of coherent signals impinging on a uniform circular array( UCA) is presented in this paper. A virtual uniform linear array (VULA) is first derived by using spatial DFT technique, transforming the UCA from element space to phase mode space to obtain the properties of ordinary ULA, and then the well known spatial smoothing technique is applied to the VULA so that the lost rank of covariance matrix due to signal coherence can be retrieved. This method makes it feasible to use the simple MUSIC algorithm to estimate DOA of coherent signals impinging on a UCA without heavy computation burden. Simulation results strongly verify the effectiveness of the algorithm.     

一种改进的空间平滑算法

空间平滑是一种有效的解相干算法。但是当相干信源相距很近时,传统的空间平滑算法性能明显下降。该文提出一种改进的空间平滑算法。该算法首先将子阵输出的自相关矩阵进行互相关,然后将前后向互相关矩阵平均后的协方差矩阵作为修正后的空间平滑矩阵进行空间谱估计。文中给出了该算法的表达式,分析了算法的性能。仿真结果证明该算法与传统算法及利用子阵协方差算法相比具有更高的分辨能力和更低的信噪比门限。     

一种稳健的多径估计和抑制算法

针对通信系统中多径干扰难以估计和抑制的问题,提出了一种地面采用智能天线自适应跟踪的方法。以均匀直线阵为基础,采用前后向空间平滑算法对阵列接收相干信号进行预相干处理,再利用MUSIC(Multiple Signal Classification)算法实现信号来波方向(Direction of Arrival,DOA)估计,应用一种新的对角加载稳健波束形成技术减小主峰偏移,实现多径干扰抑制。仿真分析验证了所提算法的正确性和有效性,系统具有良好的稳健性,具有较高的工程实践价值。     

利用空间平滑差分算法进行DOA估计

针对色噪声背景下的相干信源波达方向估计问题,提出了一种空间平滑差分算法。该算法通过对空间平滑矩阵进行差分运算来对消色噪声,并采用PM算法进行方向估计。在去除噪声、减小计算量的同时,可估计较多的信源。由于算法对非相关信源和相关(或相干)信源同时估计,因此减小了算法实际实现的复杂度。计算机仿真结果证明了空间平滑差分算法理论的正确性和有效性。     

基于均匀圆阵的宽带相干LFM信号定位方法

本文提出一种基于均匀圆阵的宽带相干LFM信号定位方法。首先，算法根据LFM信号在分数阶傅里叶域的能量聚焦性，对接收信号做分数阶傅里叶变换，实现宽带信号的窄带化处理；其次，利用圆阵的虚拟轴向平移形成的相位差构造空间平滑矩阵，完成相干信号的解相干处理；最后，对空间平滑矩阵进行奇异值分解得到相邻阵元接收数据的相位差，结合相位差反演参数估计算法得到二维角度参数估计的闭式解。仿真实验验证了算法对宽带相干LFM信号定位的有效性。     

相干信号频率和到达角联合估计的算法

基于均匀圆阵和四阶累积量,提出了一种相干信号频率和到达角联合估计的新算法。首先,利用计算量较小的PRO-ESPRIT算法和beamspace-ESPRIT算法分别估计广义阵列响应矢量和信号的频率。然后,对广义阵列响应矢量进行模式空间变换,并利用改进的前后向线性预测方法估计出相干信号的到达角。该算法能在色噪声环境下,精确地估计出空间相干信号的频率和到达角,并且无需平滑技术和谱峰搜索,具有计算量小,参数自动配对的特点。计算机仿真结果验证了算法的有效性。     

基于均匀线阵的混合源波达方向估计方法

文中提出了一种基于均匀线阵的混合源波达方向DOA估计的改进方法。该方法首先利用传统MUSIC方法估计出非相干信号源的DOA,然后接收数据协方差矩阵进行差分消除不相关源和噪声的影响,对其进行特殊的空间平滑去相干,从而利用重建的数据协方差矩阵估计相干源的DOA。此方法的特点是分别估计不相关信号和相干信号的DOA。优点是算法在估计出多于阵元数信号的前提下具有较高的DOA估计精度和稳健性。仿真结果表明此方法的估计性能优于空间差分平滑算法。     

Two-dimensional direction finding of coherent signals with a linear array of vector hydrophones

In this paper, we propose a parallel factor (PARAFAC) analysis based two dimensional direction finding algorithm for coherent signals using a uniformly linear array of vector hydrophones. By forming a PARAFAC model using spatial signature of vector hydrophone array, the new algorithm requires neither spatial smoothing nor vector-field smoothing to decorrelate the signal coherency. We also establish that the azimuth-elevation angles of K coherent signals can be uniquely determined by PARAFAC analysis, as long as the number of hydrophones \(L \ge 2K - 1\). In addition, because the vector hydrophone array manifold contains no phase information, this new algorithm can offer high azimuth-elevation estimation accuracy by setting vector hydrophones to space much farther apart than a half-wavelength. Simulation results are finally presented to verify the efficacy of the proposed algorithm.     

基于解相干的MUSIC算法估计性能分析

MUSIC算法作为DOA估计的经典算法,在处理高度相关的信号时,算法性能急剧下降甚至完全失效。为了正确地估计出相干信号的DOA,就必须要对相干信号进行解相干。采用前／后向空间平滑技术与修正MUSIC算法是两种估计相关信号DOA的有效方法。通过算法仿真实验,证明了理论的正确性。     

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.     

基于矩阵完型的干涉式阵列米波雷达解模糊算法

针对干涉阵列米波雷达方向估计中的模糊问题,该文提出了基于矩阵完型的解模糊算法.该方法将干涉技术中的辅助阵元解模糊方法扩展到干涉阵列中,通过增加适当的辅助阵元,使干涉式阵列成为完型阵列,再依次采用直接增广法、MUSIC算法及关联法实现干涉阵列方向估计的解模糊,从而得到高精度无模糊的方向估计.为了估计相干源的波达方向,该文根据干涉阵列结构的特点及空间平滑算法的原理也提出了干涉阵列的空间平滑算法.仿真结果和实测数据验证了矩阵完型解模糊算法和干涉阵列的空间平滑算法的正确性与有效性,也表明了该文的解模糊方法具有计算量小,实时性高等特点.     

相干信号联合波达角-频率估计的 一种新型预处理方法

本文有效地将一维中的前向/后向空间平滑技术扩展到二维中的时-空阵列数据矩阵,提出了一种用于相干信号联合波达角-频率估计的新型预处理方法.本文详细地分析了如何构造前向/后向平滑时-空阵列数据矩阵,导出了确保信号波达角-频率参数可分辨应满足的条件.与仅利用前向空间平滑的现有预处理方法不同,本文的预处理方法同时利用前向和后向空间平滑,因而提高了阵元的利用率,使联合波达角-频率估计的性能明显提高.     

A Tree Structure One-Dimensional Based Algorithm for Estimating the Two-Dimensional Direction of Arrivals and Its Performance Analysis

A tree structure algorithm using one-dimensional (1D) multiple signal classification (MUSIC) algorithm is proposed to estimate the two-dimensional direction of arrivals (2D DOAs) of coherent signals impinging on a uniform rectangular array. The basic idea of the proposed algorithm is to successively apply several times of the 1D spatial smoothing MUSIC algorithm, in tree structure, to estimate the azimuth and the elevation angles independently. To optimally separate the receive signal, constrained spatial beamformers with adjustable null width are exploited in conjunction with the 1D spatial smoothing MUSIC algorithm to decompose the received signal into several signals each lead by its own 2D DOA. Performance analysis is provided to investigate the estimation bias caused by the residue signal propagating in the tree structure.     

共形阵列非圆信号波达方向估计算法

受共形载体变曲率结构的影响,各天线单元指向不尽相同,使得共形天线阵列呈现极化多样性。因此,共形天线阵列的建模过程中需考虑不同阵元的极化响应特性。基于柱面共形天线阵列的快拍数据模型,利用非圆信号的特性对阵列输出进行扩展,基于秩亏理论和子空间原理实现信号波达方向（DOA）估计,所提方法估计精度高,不需要参数配对。存在相干信源时,提出对扩展后的虚拟阵列进行划分,对划分出的子阵进行虚拟的空间平滑,实现解相干的预处理操作。仿真结果表明该方法能有效应用于柱面共形阵列非圆信号DOA估计,并提高了空间分辨率。      

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。