一种新的互耦条件下宽带信号DOA估计算法

基于一致聚焦和Khatri-Rao子空间的思想,提出了一种新的互耦条件下宽带信号DOA 估计算法。首先,通过在阵列两端设置辅助阵元来补偿各个频率处的互耦效应;接着,对补偿后的协方差矩阵进行一致聚焦操作,并重排成一个高维矩阵;最后,通过搜索Khatri鄄Rao 子空间谱估计出宽带信号的DOA。算法适用于互耦未知的场合,对宽带信号频率谱是否平坦没有要求,且在互耦自由度较小时能够分辨多于阵元数的宽带信号。计算机仿真结果证明了算法的有效性。     

一种优化的宽带聚焦波束形成算法

提出了一种基于最佳聚焦频率的旋转信号子空间法来实现宽带信号波束形成.通过确定最佳聚焦频率,使宽带信号的各个子带通过聚焦矩阵都聚焦在最佳聚焦频率上,然后用常规延迟求和波束形成算法完成恒定束宽波束形成.仿真结果表明,在宽带情况下,阵列输出的主波束宽度,旁瓣级和波束指向均能保持恒定.     

基于改进互耦系数估计算法的自适应波束形成

阵列信号在实际应用中,常常会面临噪声的干扰,低信噪比(signal noise ratio, SNR)时波束形成器性能会急剧下降.针对该问题,提出一种基于改进互耦系数估计的抗互耦算法的自适应波束形成,即研究信号在不同输入SNR以及不同干扰波达方向(direction of arrival,DOA)估计误差下的互耦系数估计误差;并通过误差分析修正原算法不同SNR下参与估计信号的数目.改进算法改进了导向矢量和期望信号,提高了低SNR下互耦系数估计的准确度,对比分析验证了其在低SNR情况下有更强的抗干扰能力,对互耦现象有着更好的稳健性.     

宽带波束域频率聚焦自适应波束形成算法

针对传统时延控制波束形成器无法适应宽带信号接收的问题,提出一种宽带波束域频率聚焦自适应波束形成算法。首先,通过时延控制方法在空间预设方位形成多个独立波束,利用傅里叶变换将多波束数据变换到频域,针对每个频点构造聚焦矩阵,通过聚焦变换将宽带信号对齐到同一参考频率;然后,估计子带聚焦后的协方差矩阵,并进行特征分解得到信号子空间;最后,利用基于特征子空间(ESB)的波束形成方法得到权矢量,实现自适应波束形成。仿真结果表明,该算法能够实现对宽带信号的自适应接收,具有良好的抗干扰能力和稳健性。     

一种基于简化极化敏感阵列的APES波束形成算法

为了有效降低极化敏感阵列各共点分量之间互耦的相互影响,进一步提高极化阵列的滤波性能,基于新的阵列模型提出了幅度相位估计(APES)波束形成算法。首先,给出了简化极化阵列的布阵模型和接收信号模型;然后,针对简化极化阵列给出了极化APES波束形成算法的详细理论推导,得到了最优权向量的表达式;最后,通过仿真实验验证了极化APES在波束形成方面的有效性。仿真结果表明该算法在强期望信号功率、低采样快拍数或是存在相干干扰的情况下都具有稳定的波束图。     

一种新的均匀圆阵宽带波束域高分辨测向算法

波束域算法是通过对阵列信号进行波束形成预处理,再进行高分辨测向.本文提出了一种新的均匀圆阵宽带波束域高分辨测向算法,推导出波束域聚焦矩阵的表达式.新方法大大提高了圆阵宽带波束域测向算法的分辨率,估计精度等性能.最后通过计算机仿真,与基于模式空间变换的宽带圆阵波束域算法和宽带圆阵相干信号子空间算法进行了比较,验证了新算法的优良性能.     

基于提升Keystone变换的声呐宽带自适应波束形成方法

针对Keystone变换在宽带阵列预处理方面的优势和常规Keystone变换存在的阵元数据缺失问题,该文将自回归模型与常规Keystone变换相结合,提出一种基于提升Keystone变换的声呐宽带自适应波束形成算法。该算法首先将常规Keystone变换应用于宽带阵列信号的相位对齐,接着采用自回归模型对变换后各频段缺失的阵元数据进行预测补偿,最后通过稳健自适应波束形成处理获得目标方位输出结果。仿真实验结果表明,基于提升Keystone变换的宽带自适应波束形成算法性能优于常规Keystone自适应算法、指向最小方差自适应算法和聚焦自适应算法。     

秩损法互耦校正在GPS抗干扰中的应用

GPS空时联合(STAP)抗干扰技术是基于自适应波束形成的信号处理方法,通过干扰置零,能够对抗高功率的宽带和窄带干扰。理想的算法认为各个阵列天线之间互不影响,然而实际应用时,各个天线之间会产生互耦,严重影响系统性能。针对此,对自适应天线阵列及其互耦进行了建模,并采用秩损法进行互耦校正,最后将校正结果与分离迭代互耦校正算法作了对比。仿真结果表明,秩损法互耦校正不仅能够有效补偿系统因天线互耦损失的性能,而且在较高输入干噪比下其性能优于分离迭代算法。     

缝隙阵列天线DOA估计的互耦影响与修正

互耦的存在严重影响了DOA估计的精度，文中研究了存在互耦情况下的DOA估计问题，重点讨论了阵列单元互耦效应的有效计算和对MUSIC算法的修正问题；以缝隙阵列天线为例，通过对无限阵散射参量的修正得到有限阵的散射矩阵和阻抗矩阵，进而通过阻抗矩阵估计互耦的影响，并对MUSIC算法进行修正，最后给出了仿真结果。     

考虑互耦影响下的DOA估计算法

研究了考虑互耦情况下的DOA估计算法MUSIC算法。互耦改变了阵列响应矢量和接收信号相干矩阵的特征值结构,因此影响了DOA估计的精度,用矩量法计算了由半波振子阵列的单元之间的互耦,通过得到的阻抗矩阵来估计互耦的影响。最终给出了计算机仿真的结果。     

基于快速子空间分解的宽带非相干DOA估计快速算法

总结了快速子空间分解在窄带阵列到达角估计中的应用,给出了几种构造参考信号的方法。将快速子空间分解与宽带非相干信号子空间方法相结合,得到了宽带到达角估计快速方法。在性能基本保持不变的同时,新方法大大降低了运算量。仿真结果证明了算法的有效性。     

Outage Probabilities of Wireless Systems With Imperfect Beamforming

This paper investigates the outage probability of a wireless system with conventional beamforming using a uniform linear array beamformer. The focus is to examine the impact of beamforming impairments, such as direction-of-arrival (DOA) estimation errors, signal spatial spreads, antenna array perturbation, and mutual coupling. Fading statistics of Rayleigh, Rician, and Nakagami are used to characterize the desired signal, whereas interferers are assumed to be subject to Rayleigh fading. A simplified beamforming model is used in deriving closed-form outage probability expressions. Numerical results illustrate the increase of outage probabilities in the presence of DOA estimation errors, signal spatial spreads, and antenna perturbation. However, negligible outage performance impact is observed due to mutual coupling.     

基于波束域的子空间正交性测试宽带DOA估计方法研究

投影子空间正交性测试(Test of Orthogonality of Projected Subspace:TOPS)算法通过测试宽带信号各频率点上噪声子空间和信号子空间之间的正交性对目标方位进行到达角估计(DOA:direction-of-arrival)。此算法对参考频点上的信号子空间的估计依赖性较大,因此存在较多伪峰,低信噪比条件下性能差等缺点。针对该问题,提出一种基于波束域的宽带DOA估计方法。该方法通过将阵列接收信号转换到波束域,在波束域中利用信号带宽内各频率分量的波束域方向向量与噪声子空间之间的正交关系构造判决向量,根据判决向量搜索空间谱的极大值对应的角度进行DOA估计。该方法不需要进行角度预估,避免了TOPS算法中常出现的伪峰,降低了信噪比分辨门限,减少了计算量,具有较好的估计效果。将该方法分别运用到均匀圆阵和线阵上,通过仿真对比和海试实验数据的处理,证明了本文所提方法的有效性。      

Efficient wideband source localization using beamforming invariancetechnique

A novel scheme for wideband direction-of-arrival (DOA) estimation is proposed. The technique performs coherent signal subspace transformation by a set of judiciously constructed beamforming matrices. The beamformers are chosen to transform each of the narrowband array manifold vectors into the one corresponding to the reference frequency, regardless of the actual spatial distribution of the sources. The focused data correlation matrix can thus be obtained without any preliminary DOA estimation or iteration. A simplified version of the beamspace Root-MUSIC algorithm is developed and used in conjunction with the proposed method to efficiently localize multiple wideband sources with a linear, equally spaced array. Numerical simulations are conducted to demonstrate the efficacy of the new scheme     

An analysis of wideband direction-of-arrival estimation for closely-spaced sources in the presence of array model errors

This letter presents an analysis of wideband direction-of-arrival (DOA) estimation for closely-spaced sources using arbitrary antenna array taking into account the effect of array model error, which is important issue in practical implementation. Based on this analysis, a new wideband DOA estimation method without array calibration is then developed to deal with the effects of array errors. The performance improvement of the proposed method in the presence of array errors is shown in simulation results.     

基于TOFS的宽带信号波束空间DOA估计

频域子空间正交性测试(TOFS)方法是宽带信号DOA估计的一类重要算法。TOFS无需进行聚焦,避免了角度的预估计,在中等信噪比时性能较优,但该方法信噪比门限较高。文中利用均匀线阵模型,将波束空间方法应用于TOFS算法,在降低分辨信噪比门限的同时减少了TOFS算法的运算复杂度。通过仿真验证了新方法性能优于TOFS算法。     

Parameter estimation based on fractional power spectrum under alpha-stable distribution noise environment in wideband bistatic MIMO radar system

This paper takes the alpha-stable distribution as the noise model and works on the parameter estimation problem of wideband bistatic Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) radar system in the impulsive noise environment. In many applications, it is not appropriate to approximate the wideband signal by the narrowband model. Furthermore, the echo signal may be corrupted by the non-Gaussian noise. The conventional algorithms degenerate severely in the impulsive noise environment. Thus, this paper proposes a new wideband signal model and a novel method in wideband bistatic MIMO radar system. It combines the fractional lower order statistics and fractional power spectrum, for suppressing the impulse noise and estimating parameters of the target. Firstly, a new signal array model is proposed under the alpha-stable distribution noise model. Secondly, Doppler stretch and time delay are jointly estimated by peak searching of the FLOS-FPSD. Furthermore, two modified algorithms are proposed for the estimation of the direction-of-departure and direction-of-arrival, including the fractional power spectrum density based on MUSIC algorithm (FLOS-FPSD-MUSIC) and the fractional lower-order ambiguity function based on ESPRIT algorithm (FLOS-FPSD-ESPRIT). Simulation results are presented to verity the effectiveness of the proposed method.     

一种新的自聚焦相干宽带DOA算法

传统的基于相干信号空间聚焦的宽带DOA算法具有良好的空间分辨能力、较低的信噪比门限,但必须通过角度预估计来构造相应的聚焦矩阵.本文提出了一种不需要角度预估的相干宽带DOA算法,直接利用阵列接收数据构造聚焦变换矩阵,避免了预估计角度对聚焦变换的影响,同时降低了算法的运算量.计算机仿真表明该算法是切实可行的.     

基于对称阵列Wigner-Ville分布的宽带线性调频信号AOA估计

本文提出了基于对称阵元Wigner-Ville分布(WVD)的宽带线性调频信号到达角(AOA)估计算法。该算法利用对称阵元输出延时参数的互补性和Wigner分布定义提取宽带信号方向向量,建立了新的空间时频矩阵。借助线性调频信号Wigner分布的良好时频聚集特性,适当选取时频点实现了对各个信号AOA的逐一估计。在新的空间时频矩阵模型基础上给出了基于信号子空间投影的AOA估计方法。它不需要对AOA的初始估计、聚汇和插值,减少了计算量,提高了精度,仿真实验证明了算法的有效性。