一种自动匹配的分布式非圆信号二维DOA快速估计方法

在相干分布式非圆信号2维波达方向(DOA)估计中,针对利用非圆特性后维数扩展带来的较大复杂度问题,且现有的低复杂度算法均需要额外的参数匹配,该文提出一种基于互相关传播算子的自动匹配2维DOA快速估计算法。该算法考虑L型阵列,在建立相干分布式非圆信号扩展阵列模型的基础上,首先证明了L阵中两个子阵的广义方向矢量(GSV)均具有近似旋转不变特性,然后通过阵列输出信号的互相关运算消除了额外噪声,最终利用子阵GSV的近似旋转不变关系通过传播算子方法得到中心方位角与俯仰角估计。理论分析和仿真实验表明,所提算法无须谱峰搜索和协方差矩阵特征分解运算,具有较低的计算复杂度,并且能够实现2维DOA估计的自动匹配;同时,相比于现有的相干分布式非圆信号传播算子算法,所提算法以较小的复杂度代价获得了性能的较大提升。     

混合信源波达方向估计算法

本文针对非相干混合点信源和分布式信源,提出了一种基于对称均匀线阵的波达方向估计算法。该算法利用点信源和分布式信源协方差矩阵结构的不同,采用空间差分技术将两种信源分离。对于点信源,采用传统MUSIC算法估计其波达方向;对于分布式信源,利用信号子空间的旋转不变性来估计其波达方向。该算法不仅消除了点信源对分布式信源的影响,也无需估计分布参数,大大降低了计算复杂度。且采用2N+1个阵元的对称均匀线阵可估计出 2N 个混合信源,其中分布式信源最多为 N 个,有效减小了阵列的孔径损失。仿真结果表明该算法的性能优于广义特征值分解的算法。      

低复杂度相干分布源中心DOA估计方法

传统的相干分布源波达方向(DOA)估计方法一般都需要谱搜索或对高维样本协方差矩阵进行特征分解,计算复杂度较高.针对上述问题,本文利用均匀线阵提出了一种低复杂度相干分布源中心波达方向估计方法.所提方法利用了平移阵列的旋转不变性质并结合传播算子法来估计分布源的中心波达方向.相比于常规子空间方法,本方法无需任何谱峰搜索和对样本协方差矩阵进行特征分解,计算复杂度更低.方法在小角度扩展条件下的估计性能良好,其性能甚至接近于DSPE算法.而且方法与分布源角分布的具体形式无关,是一种盲的估计.仿真结果证实了方法的有效性.     

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.     

冲激噪声下相干信源的求根MUSIC算法

由于在冲激噪声背景下,MUSIC算法对信源波达方向估计将失去韧性,且无法解相干,运算量较大,为此对前后向平滑算法和修正的MUSIC算法进行了改进,提出相干信源波达方向估计新算法。简要分析了线阵模型以及共变,将阵列输出矩阵从二阶原点矩扩展到低阶矩,通过分析共变矩阵,得到基于共变矩阵的空间谱,再将谱峰搜索转变为多项式求根,最后可得相干信源波达方向估计。通过仿真,在冲激噪声或高斯噪声下,改进算法可以对相干信源的波达方向进行正确估计。算法性能分析表明改进算法具有良好的稳健性。     

基于互相关抽样分解的分布式非圆信号DOA快速估计

在非相干分布式非圆信号波达方向(DOA)估计中,针对利用信号非圆特性后输出矩阵维数扩展带来的较大运算量问题,该文提出一种基于互相关抽样分解的DOA快速估计算法。该算法仅需要从子阵间的扩展互相关矩阵中抽样出少量行元素和列元素,构成两个低维子矩阵,进而通过低秩近似分解便可快速地同时求出左右奇异矢量,即分别对应两个子阵的信号子空间,避免了计算整个互相关矩阵及其奇异值分解运算;最后利用两个子阵信号子空间的旋转不变性通过最小二乘得到DOA估计。仿真分析表明,当行列抽样数大于信源数的两倍时,所提算法与直接基于互相关矩阵奇异值分解的非相干分布式非圆信号DOA估计算法性能相近,但复杂度得到了大幅度降低;而相比于传统的低复杂度非相干分布源DOA估计算法,所提算法利用信号非圆特性具有更高的估计性能。     

基于均匀圆阵相干信源的二维DOA估计

随着通信技术的不断发展,信号传输环境变得日益复杂。针对多径传播形成的高度相关和相干信号测向问题,提出了一种基于均匀圆阵相干信源的二维DOA估计方法。该方法利用均匀圆阵轴向虚拟平移解相干,通过去噪后利用虚拟子阵的自协方差矩阵和互协方差矩阵构造波达方向矩阵,利用该矩阵特征分解估计信号的俯仰角;然后将平滑后的自协方差矩阵与波束空间变换矩阵相乘,使圆阵的导向矢量具备范德蒙结构,最后用求根MUSIC算法估计出信号的方位角,完成了相干信号的二维DOA估计。该方法无需二维谱峰搜索,方位角和俯仰角自动配对,计算量小,分辨率高。仿真实验证明了所提方法的正确性。     

基于双平行线阵的相干分布源二维DOA估计

针对现有相干分布源二维波达方向(DOA)估计算法存在的一些问题,基于双平行均匀线阵提出了一种相干分布源二维DOA估计新算法。利用旋转不变的思想并结合传播算子法来估计相干分布源的二维中心DOA。无需谱搜索和对样本协方差矩阵做特征分解,和传统算法相比,其计算复杂度更低。此外,还给出了详细的参数配对过程,因而能够应用于多源场合。算法在小角度扩展条件下估计性能良好,其性能甚至接近于一维交替搜索算法。算法还是一种对角分布先验知识盲的估计。仿真结果证实了算法的有效性。     

一种基于修正数据矩阵的广义波达方向矩阵方法

该文提出了一种基于平面阵的相干信号二维DOA估计算法,文中先将平面阵分为3个具有旋转不变性的子阵列,并分别构造了3个子阵列的数据矩阵,结合这3个数据矩阵,构造了两种修正数据矩阵,提高了阵元利用率。然后仿照波达方向矩阵的构造方法,得到了一种广义波达方向矩阵。通过理论分析证明了对该矩阵进行特征分解,就可以获得信号的方向矢量和信号方向元素,从而能够进行相干信号的二维DOA估计,并且避免了谱峰搜索,减少了运算量,仿真结果验证了该算法的有效性和精确性。     

一种改进的基于传播算子的二维DOA估计算法

针对面阵中的波达方向估计算法复杂度过大的问题,提出了一种改进的基于传播算子的二维面阵波达方向（Direction of Arrival,DOA）估计算法。该改进算法基于面阵平移不变性质,将原始子面阵在X和Y轴上分别平移得到两个子面阵,将两个子面阵相加得到虚拟子面阵,利用原始子阵和虚拟子面阵构造新的信号矢量,基于传播算子算法求出其特征值,特征值中的模值和相位值包含信源的二维角度信息,由此可求出自动配对的二维角度。与基于传播算子的二维DOA估计算法相比,该算法有效降低了运算复杂度,且保持性能相近。仿真实验验证了算法的有效性。     

采用局部搜索的二维DOA估计

针对酉旋转不变估计信号参数(Unitary-ESPRIT)算法估计精度较低的问题,提出了一种采用局部搜索实现的非相干信源二维波达方向(2-D DOA)估计方法.该方法首先利用实特征矢量近似值估计导向矩阵,然后利用矩阵Kronecker积性质以及阵列旋转不变特性获得自动配对的角度估计值,降低了2-D DOA初始估计复杂度,实现了对Unitary-ESPRIT算法的改进;接着,采用一维局部搜索法对该初始估计结果进行优化,提高了低信噪比下的2-D DOA估计精度.仿真实验结果表明,相较于传统的Unitary-ESPRIT算法,所提方法在DOA估计精度和成功率上具有明显的优势,特别是在低信噪比以及快拍数较少条件下,因此该方法能够在计算复杂度和估计性能之间取的较好的折中.     

A Fast Decoupled Nominal 2-D Direction-of-Arrival Estimation for Coherently Distributed Source

In this paper, we consider the problem of the nominal 2-D (azimuth and elevation) direction-of-arrival (DOA) estimation for coherently distributed source. This new approach is based on the rotation matrices of three parallel uniform linear arrays as deduced, which has decoupled the nominal 2-D DOA from those of angular spreads. The estimator makes use of the eigenvalue decomposition to beamspace data to estimate the nominal elevation DOA. And then using a new cross-correlation matrix, the nominal azimuth DOA estimates are decoupled from the elevation estimates and can be obtained with no searching. The proposed algorithm has lower computational complexity particularly when the radio of array size to the number of source is large, at the expense of negligible performance loss. Simulation results verify the effectiveness of the proposed method.     

Simplified Estimation of 2D DOA for Coherently Distributed Sources

In mobile communications, local scattering in the vicinity of the mobile results in angular spreading as seen from a base station antenna array. In this paper, we consider the problem of estimating the two-dimensional (azimuth and elevation) direction-of-arrival (DOA) parameters of spatially distributed sources. Based on double parallel uniform linear arrays (ULAs), a simplified method without spectrum-peak searching is proposed for the 2D DOA estimation of multiple coherently distributed (CD) sources. The proposed method firstly obtains two approximate rotational invariance relations with respect to the nominal DOAs of CD sources by using one-order Taylor approximation to the generalized steering vectors (GSVs) of two pairs of shifted subarrays. And then a new ESPRIT-based method is utilized to estimate the nominal azimuth DOA and nominal elevation DOA. In addition, a simple parameter matching approach is also given. Compared with the conventional methods, our method has significantly reduced the computational cost and can sustain the estimation performance within a tolerable level. Moreover, our method is a blind estimator without any prior knowledge about angular distribution shape. Numerical examples illustrate the performance of the method.     

矢量传感器阵列MIMO雷达高精度二维DOA与极化联合估计

该文采用矢量传感器配置下的十字型阵列MIMO雷达系统,提出一种新的2维高精度DOA与极化参数联合估计算法。首先根据MIMO雷达虚拟阵列导向矢量的特点,通过降维矩阵的设计及回波数据的降维变换,将高维回波数据转换至低维信号空间;然后基于传播算子获得对应信号子空间的估计,利用收、发阵列阵元间长基线对应的旋转不变性和极化矢量中电场矢量和磁场矢量的叉积进行2维高精度DOA估计和解模糊处理,同时利用与阵列结构无关的极化域旋转不变性进行极化辅角和极化相位差的联合估计。该矢量传感器MIMO雷达阵列可同时获取MIMO雷达的波形分集和矢量传感器的极化分集,无需额外增加阵元和硬件开销,能够有效扩展阵列孔径,提高参数估计性能;同时通过降维变换及传播算子,在获取信噪比增益的同时,能够实现2维高精度DOA和2维极化矢量的联合估计及参数的自动配对,有效降低数据处理维数和参数估计的运算复杂度;最后,仿真结果验证了理论分析的正确性和算法的有效性。     

相干分布源DOA与角度扩展估计求根算法

论文提出了一种具有低复杂度的相干分布源波达方向和角度扩展估计算法。该算法将点源模型中的求根MUSIC算法推广应用至分布源模型。利用空间频率下的相干分布源广义方向矢量可以表示成参数去耦形式的结构特点,并根据相干分布源的角信号密度函数,构造参数估计的多项式求根形式,然后通过交替迭代的求根方法得到分布源的中心波达方向和角度扩展的估计值。该算法参数估计性能与DSPE算法相当,其计算复杂度要远小于DSPE算法,并且适用于不同分布类型的相干分布源同时存在的情况。计算机仿真验证了算法的性能。      

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...     

Blind DOA and polarization estimation for polarization-sensitive array using dimension reduction MUSIC

A novel blind direction-of-arrival (DOA) and polarization estimation algorithm for polarization-sensitive uniform linear array using dimension reduction multiple signal classification (MUSIC) is proposed in this paper. The proposed algorithm utilizes the signal subspace to obtain an initial estimation of DOA, then estimates more accurate DOA through a one-dimensional (1-D) local searching according to the initial estimation of DOA, and finally obtains polarization parameter estimation via the estimated polarization steering vectors. The proposed algorithm, which only requires a one-dimension local searching, can avoid the high computational cost within multi-dimensional MUSIC algorithm. The simulation results reveal that the proposed algorithm has better DOA and polarization estimation performance than both estimation of signal parameters via rotational invariance technique algorithm and trilinear decomposition algorithm. Furthermore, the proposed algorithm can be suitable for irregular array geometry, obtain automatically paired multi-dimensional parameter estimation, and avoid multi-dimensional searching. Simulation results verify the effectiveness of the proposed algorithm.     

Low-Complexity Estimation of the Nominal Azimuth and Elevation for Incoherently Distributed Sources

This paper develops a new technique for estimating the two-dimensional direction-of-arrivals (DOAs) of incoherently distributed (ID) sources, which can estimate effectively the nominal azimuth and nominal elevation of multiple ID sources at the cost of less computational complexity. Using a pair of parallel uniform linear arrays (ULAs), a new approach for 2D DOA estimation of multiple ID sources is proposed. The proposed method firstly estimates the nominal elevation by the modified TLS-ESPRIT method, which is based on the approximate rotational invariance property with respect to the nominal elevation between two closely parallel ULAs. And then with the help of the nominal elevation estimates, the nominal azimuth is estimated by one-dimensional searching. Without multi-dimensional searching, the proposed method has significantly reduced the computational cost compared with the existing methods. Simulation results indicate that the proposed method can exhibit a good performance and be applied to the multisource scenario where different sources may have different angular distribution shapes.