阵列测向系统性能分析与仿真

测向模糊和测向精度是阵列测向系统的重要性能指标，特别是在阵元间距与载波波长之比很大时，不同的阵列结构的测向模糊特性有明显的不同，通过对测向模糊的理论分析，利用MUSIC算法，在八元均匀园阵和七元均匀L阵及非均匀L阵的基础上，对测向系统进行了性能仿真。根据对这三个不同阵列的模糊性和测向精度的比较与分析，得出了具体阵列的设计方案。     

阵列测向系统性能分析与仿真

测向模糊和测向精度是阵列测向系统的重要性能指标,特别是在阵元间距与载波波长之比很大时,不同的阵列结构的测向模糊特性有明显的不同,通过对测向模糊的理论分析,利用MUSIC算法,在八元均匀园阵和七元均匀L阵及非均匀L阵的基础上,对测向系统进行了性能仿真。根据对这三个不同阵列的模糊性和测向精度的比较与分析,得出了具体阵列的设计方案。     

二维DOA估计的高分辨阵列(HRA)

基于二维DOA估计问题 ,研究了阵列天线的空间滤波性能 ,提出了二维DOA估计的高分辨阵列 (HRA)模型 ,使有限的阵元具有最佳的空间分辨力。计算机仿真结果表明 ,本文提出的HRA明显优于传统阵列。     

基于旋转不变阵列的分段平稳信号欠定DOA估计

为克服KR-MUSIC算法限定阵列为均匀线列阵、需要空域谱搜索、计算量较大的缺点,提出了一种基于旋转不变阵列的DOA估计算法,扩大了应用范围,且算法通过解析运算估计DOA,避免了计算量较大的谱搜索.该算法可估计的DOA个数由KR-MUSIC方法的2N-1增加到N2/2.仿真结果表明,在同样信噪比、帧长和帧数条件下,本文算法的性能要优于KR-MUSIC算法.     

基于实值信号子空间的虚拟阵列解相干算法

针对存在相干信源时,传统的DOA估计算法失效问题,提出一种基于实值特征子空间的虚拟阵列解相干算法.该算法根据虚拟阵列变换的思想,利用阵列接收数据构造虚拟子阵,实现对信号的解相干处理,并将协方差矩阵从复数域变换为实数域,获得一个实值信号子空间,最后利用实数域ESPRIT (Unitary ESPRIT)估计信号波达方向.该方法避免了阵列孔径损失,保持了阵列的空间分辨率,估计精度高,利用个阵元可估计个信源,且引入实数域处理和无需空间谱搜索,运算量小.计算机仿真验证了该方法的有效性和优越性.     

宽带测向阵列结构设计方法

文章提出能在宽带范围内不模糊测向的阵列结构设计方法.该方法采用粒子群优化算法,对阵列设计允许区域进行优化,使得阵列有较高的测向精度.通过不模糊条件与最小阵元间距条件对优化结果进行筛选,取得既能满足不模糊条件,阵元最小间距又大于指定值,并有较高测向精度的阵列结构方式.实验结果表明,该方法设计的阵列在宽带范围内取得较高测向精度与分辨率的同时,能突破最小阵元间距不大于半波长的限制,有效地减小了阵元互耦效应,为增大传感器孔径以便侦察低功率密度信号提供可能.     

利用延时预处理的DOA估计方法

针对MUSIC算法的分辨力和测角精度受到信噪比、快拍数等因素限制的问题,提出了利用延时预处理的波达方向(DOA)估计算法,该算法充分利用蕴含在接收数据延时相关函数中的信号角度信息.利用所有阵元接收数据的延时相关函数构造新的阵列输出矩阵进而得到新的协方差矩阵,对其进行特征值分解,得到噪声子空间,最后引入变尺度混沌优化算法来简化空间谱估计函数的构造和谱峰搜索过程.仿真实验表明,该算法分辨率和测角精度均优于MUSIC算法并且减小了计算时间.     

基于延时相关预处理的MUSIC算法

针对MUSIC算法的分辨力受信噪比、快拍数及阵元数等因素限制的问题,利用各阵元接收数据的延时相关函数重新构造协方差矩阵,提出了基于延时相关预处理的MUSIC算法.根据阵元间的延时相关函数与原阵列流型及信号延时相关函数的关系,推导了4个与原阵列流型相同（共轭）的延时相关函数矩阵,分别对各矩阵求协方差并按规则求和得到新的协方差矩阵,之后对协方差矩阵进行特征分解,根据信号子空间处理稳健性高和噪声子空间处理估计精度高的特点构造谱函数进行谱峰搜索,实现DOA估计.通过仿真实验验证了本文算法的可行性和有效性.     

基于矩阵填充的互质阵列欠定DOA估计方法

为了解决现有基于互质阵列的DOA估计方法舍弃差联合阵列中非均匀虚拟阵元而导致最大可估计信号数损失的问题,提出了一种基于矩阵填充的DOA估计方法。首先,根据差联合阵列与波程差一一对应的特性,构造一个部分元素缺失的Toeplitz化的阵列协方差矩阵,建立了基于矩阵填充的DOA估计模型,并验证了该模型满足零空间性质;然后,根据低秩矩阵填充理论,将DOA估计问题转化为矩阵核范数最小化问题进行求解,通过不定点延续算法将该协方差矩阵中的零元素进行填充恢复为完整协方差矩阵;最后,对协方差矩阵进行奇异值分解,转化为多项式求根,得到DOA的估计。仿真实验结果验证了本文方法的有效性和优越性。实验结果表明,本文方法能够对差联合阵列中的空洞部分进行有效填充,增加了可利用的阵列自由度,提高了可估计信号数,同时能够有效避免传统稀疏重构算法中由于角度域离散化导致的基不匹配问题对估计性能的影响,提高了估计精度和分辨力。     

共形阵列MUSIC算法分辨力性能分析

针对共形阵列分辨力性能分析问题,本文首先对锥面、柱面、球面等3种常见共形阵列进行信号建模,并基于MUSIC算法实现共形阵列下极化-DOA参数的联合估计,然后通过MUSIC零谱的定义以及噪声子空间投影矩阵的期望,给出MUSIC期望谱的具体表现形式,在此基础上详细分析推导了MUSIC算法在共形阵列中的分辨力门限;最后通过计算机仿真研究共形阵列分辨力门限理论值与仿真值的关系,以及共形阵列与均匀圆阵在分辨力性能上的差异,仿真结果显示共形阵列的分辨力门限随着信噪比的增加逐步降低,验证了理论分析的正确性.     

基于L阵的低计算复杂度二维波达方向估计

针对L阵的二维波达方向估计问题,提出了一种低计算复杂度、高精度的二维波达方向估计算法.首先利用L阵子阵互相关矩阵和均匀线阵导向矢量的共轭交换性质扩展阵列孔径,并构造新的阵列接收数据;然后利用旋转不变子空间算法得到二维角度估计;最后将子阵互相关矩阵对角元素Toeplitz化,在不损失阵列孔径的情况下重构出类阵列自相关矩阵,利用Nystöm方法得到信号子空间估计,进而通过少量角度搜索得到正确的二维角度配对.该算法无须大量角度搜索,具有角度估计精度高、运算量小、所需快拍数少的优点.理论分析和仿真实验结果证明了算法的正确性和有效性.     

微波综合脉冲孔径雷达方向图综合研究

结合MIMO雷达多发多收的特点,建立了微波综合脉冲孔径雷达(SIAR)的阵列模型,并提出该阵列的一种实现方案:发射阵采用稀布子阵集,接收阵采用密布子阵的形式．在固定子阵数目和保证阵列孔径的条件下,利用联合选择和两倍交叉的修正遗传算法对这种双基地SIAR平面阵的子阵位置进行优化,以降低方向图的旁瓣电平．仿真结果表明该方法提高了搜索速度,合成阵列方向图最大峰值旁瓣电平可达到-31.1dB,满足工程需要．     

用干涉式APES算法实现干涉阵盲DOA估计

针对干涉阵的波达方向估计,提出一种干涉式幅相估计的盲波达方向估计算法.利用干涉式幅相估计算法的空间谱和模型阶数选择准则获得目标个数和目标方向余弦的粗估计;使用子阵间的相位中心偏移来获得目标方向余弦的精估计.针对干涉阵带来的测角模糊问题,采用双尺度解模糊算法得到高精度且无模糊的目标波达方向估计.该算法是一种盲波达方向估计方法,精度较多重信号分类算法和双尺度旋转不变子空间算法的高.计算机仿真结果和实测数据验证了干涉阵波达方向估计的高精度测角性能和有效性.     

2D Augmented Coprime Array Geometry Based on the Difference and Sum Coarray Concept

The concept of difference and sum (diff-sum) coarray has attracted a lot of attentions in the estimation of direction-of-arrival (DOA) for the past few years, due to its high degrees-of-freedom (DOFs). A vectorized conjugate augmented MUSIC (VCA-MUSIC) algorithm is applied to generate an equivalent signal model which contains the virtual sensor positions of both the difference and sum of the physical sensors in the two-dimensional (2D) arrays, by utilizing both the spatial and temporal information. Besides, an augmented 2D coprime array configuration is presented with the basis on the concept of difference and sum coarray. By compressing the inter-element spacing of one subarray and introducing the proper separation between the two subarrays of 2D coprime array, the redundancy between the difference coarray and the sum one can be reduced so that more virtual sensors in both coarrays can make contributions to the DOFs. As a result, a much larger consecutive area in the diff-sum coarray can be achieved, which can significantly increase the DOFs. Numerical simulations verify the superiority of the proposed array configuration.     

DOA Estimation Based on Subspace Compensa-tion for Unfolded Coprime Array

Direction of arrival (DOA) estimation for unfolded coprime array (UFCA) is discussed, and a method based on subspace compensation is proposed. Conventional DOA estimation meth-ods partition the UFCA into two subarrays for separate estimations, which are then combined for unique DOA determination. However, the DOA estimation performance loss is caused as only the partial array aperture is exploited. We use the estimations from one subarray as initial estimations, and then enhance the estimation results via a compensation based on the whole array, which is im-plemented via a simple least squares (LS) operation constructed from the initial estimation and first-order Taylor expansion. Compared to conventional methods, the DOA estimation performance is improved while the computational complexity is in the same level. Multiple simulations are con-ducted to verify the efficiency of the proposed approach.     

利用最小冗余对称阵列的近场源定位算法

在阵元数目有限的情况下,针对近场源定位中的阵列孔径和阵元数损失问题,文中突破阵元间距为1/4波长的限制,提出了基于最小冗余对称阵列的协方差矩阵重构算法．该算法构建只与方位角有关的四阶累积量矩阵,通过多重信号分类算法来估计信号方位角;然后根据估计出的信号角度在距离维上进行搜索,估计出距离参数．该算法扩展了阵列的孔径,提高了阵列的自由度．仿真结果表明,该算法可以估计更多的信源数目,拥有较高的估计性能和空间分辨率,且只需进行一维搜索,避免了二维参数配对．     

一种新的波达估计方法

分析了目前常用的波达角估计算法,研究了等距线阵和圆阵的特点,指出其存在关于横轴镜像对称信号源的空间模糊性,利用等距T型阵克服了这一困难。提出了一种新的基于训练序列波角达估计新算法,新算法基于如下假设:各个信号源的训练序列互相正交,并且各个信号源都是幅度为1的恒模信号。该文给出了新算法的数学推导过程,得到一个简单的波达角估计公式。应用Matlab对新算法进行了仿真,仿真结果表明新算法能够快速、精确地估计波达方向。     

一种新的声矢量阵最小范数算法

现有的声矢量阵方位估计算法基本都是将声矢量传感器(AVS)的振速信息作为与声压相同的独立阵元信息来处理,没有充分利用AVS中声压和振速的相干性,以及由此带来的抗各向同性噪声能力.基于AVS中声压和振速的相干性原理,提出了一种新的声矢量阵最小范数算法.新算法充分利用了AVS中声压和振速联合信息处理的优势,能更好地将最小范数(MN)算法的高分辨能力与AVS的抗噪能力有机地结合起来,实现远程高分辨DOA估计.理论分析和基于湖试数据的仿真实验证明了所提算法的有效性.     

稀疏线阵阵列结构的枚举算法

通过分析单元从规则栅格中稀疏的稀疏直线阵列的综合问题,得出枚举稀疏线阵所有可能的阵列结构是稀疏阵穷举综合法的重要任务。提出了两种可用于枚举稀疏线阵阵列结构的算法,即递归算法和二进制序列穷举法,并分析比较了稀疏线阵的阵列口径和稀布率与算法性能的关系。计算机仿真结果显示了它们各自的有效性和适用性,最后指明两种算法在稀疏阵综合中适用的场合。     

二维面阵子空间重构快速估计方法

针对当前进行二维面阵高精度波达方向估计时计算复杂度较高的问题,提出了一种适用于二维面阵的高精度低计算复杂度的快速估计方法。这种方法首先利用面阵子阵间的旋转不变关系完成二维角度预估;然后将预估角度作为先验信息,利用子阵的信号子空间重构面阵的信号子空间,并进行梯度搜索,实现对二维角度的精确估计。其中,利用子阵的信号子空间对面阵的信号子空间进行重构,有效地降低了进行子空间估计时的计算复杂度;采用梯度搜索的办法进行局部搜索,使得搜索时的计算复杂度大幅下降,获得了与经典二维MUSIC算法一致的估计精度。计算机仿真结果验证了所提算法的有效性。