基于双频互质阵列的DOA估计方法

本文提出了一种利用双频工作模式提升互质阵列DOA估计最大可分辨率信号源数目的方法,通过选择单个合适的额外工作频率获取额外不同位置的差协同阵虚拟阵元,进而填充参考工作频率下互质阵列差协同阵中两个缺失的虚拟阵元。相比于单频工作模式,双频工作模式获取了更多均匀分布的虚拟阵元,DOA估计的自由度得到了提升,实现了对更多非相干信号源的DOA估计。     

基于互质阵的循环平稳信号低复杂度欠定DOA估计算法

针对现有大多数循环平稳信号DOA估计算法复杂度较高、估计精度低无法实现对有用信号的欠定估计问题,提出了一种基于互质阵的循环平稳信号低复杂度、欠定DOA估计算法.算法的主要思想是利用互质阵良好的稀疏特性,通过矢量化处理构造虚拟阵列模型,扩展阵列孔径,实现阵列自由度的提升.首先,算法构造了互质阵输出的循环自相关矩阵,然后进行矢量化处理得到最大连续虚拟阵元部分,给出其谱峰搜索的表达式.最后,为降低计算复杂度,对算法进行改进,应用多项式求根的方法直接求解DOA估计值.仿真结果表明,所提算法能实现对有用信号的欠定估计,计算复杂度较低,且相比于大多数的循环平稳信号DOA估计算法,所提算法估计自由度和估计精度有了进一步的提升.     

基于ResNet的和差共阵DOA估计

传统互质阵列的差分共阵存在“空洞”,即缺少一些虚拟阵列元素。论文采用和差共阵形成更大尺寸的连续虚拟阵列,保留了传统的互质阵列配置,同时,将残差网络（ResNet）应用于到达方向（DOA）估计算法。论文采用的算法先将和差共阵输出的空间平滑矩阵处理后,得到特征数据,然后输入到ResNet中,将DOA估计转变为特征数据和DOA之间的非线性映射关系。通过ResNet对信号分类来实现DOA估计,相比于传统的互质阵列,基于ResNet的和差共阵DOA估计算法具有更强的准确性和适应性。     

基于内插阵列变换的扩展传播算子实值算法

针对内插阵列变换(VIA)思想在非圆信号波达方向(DOA)估计算法中的应用问题,提出一种基于内插阵列变换的扩展传播算子实值算法——VIA-EPM实值算法。利用真实阵列流型与虚拟阵列流型之间的变换矩阵,将真实阵列输出转换为虚拟阵列输出,再根据信号源为实数的特点,分别求取虚拟阵列输出的实部和虚部,将其串联组合,扩展阵列输出的维数,通过对扩展阵列输出矩阵进行分块并得出扩展传播算子,进而得到一种传播算子(PM)类的DOA估计算法。仿真实验表明：存在阵元位置误差的情况下,VIA-EPM实值算法通过对阵元位置校准数据进行内插阵列变换,取得与阵元位置校准的扩展传播算子实值算法(EPM实值算法)相当的估计性能,保持了阵列扩展能力、高估计精度以及高分辨力;并且在二维阵元位置误差情况下,其估计性能明显优于阵元位置未校准的EPM实值算法。结合VIA-EPM实值算法的计算复杂度分析可以看出：它同时获得了内插阵列变换技术以及信号非圆特性的优势;与复运算相比,其复杂度也相对降低。     

十字形二维稀疏混合MIMO相控阵雷达收发阵列设计

针对二维混合多输入多输出(MIMO)相控阵雷达发射子阵分割带来的自由度损失进而影响雷达系统参数估计性能的问题,提出一种基于十字阵的二维稀疏混合MIMO相控阵雷达收发阵列设计方法.首先,结合稀疏阵列-共轭嵌套阵对混合MIMO相控阵雷达的收发端进行稀疏设计;其次,对混合MIMO相控阵雷达产生的合阵进行做差处理,得到阵元位置差的差异阵列;最后,通过空间平滑处理进行波达方向估计.仿真实验表明,相较于传统的二维混合MIMO相控阵雷达,所提出方法仅利用两个互相垂直的一维线阵便可形成阵列的二维平面扩展,同时,在不增加阵元个数的前提下可有效扩展雷达阵列虚拟阵元数目,提高阵列的自由度以及波达方向估计性能.     

稀疏互质阵列的迭代加权l_1范数约束来波方向估计

在阵元数确定的情况下,稀疏互质阵列能增大阵列孔径。为利用阵列的互质关系形成具有更多自由度的互质差合成阵列,采用稀疏重构方法,提出一种迭代加权l_1范数约束波达方向(DOA)估计算法。通过矢量化对稀疏互质阵列进行孔径扩展,进而在相应的过完备基下获得观测模型的l_0范数约束稀疏重构,再用加权l_1范数约束代替l_0范数约束重构方法,采用多次迭代运算求取最优解实现DOA估计。实验结果表明,该算法能够更好地利用稀疏互质阵列的阵列孔径,提高测向精度,并且通过迭代运算来弥合l_1范数约束与l_0范数约束之间的差别,克服传统l_1范数约束类算法存在估计偏差的缺点。     

电磁矢量互质阵中基于降维Capon的DOA和极化估计算法

将传统电磁矢量均匀阵列推广为电磁矢量互质阵列,突破了阵元间距不大于半波长的限制。提出了电磁矢量互质阵列中基于降维Capon的波达方向（Direction of arrival,DOA）和极化联合估计算法。该算法无需假设已知极化信息,且只需一维搜索,避免了多维搜索,可实现DOA和极化参数自动配对;与相同阵元数的均匀阵列相比,明显提高了角度估计性能,并拓展了天线孔径,具有相对较高的自由度,且降低了运算复杂度。相同阵列及参数条件下,本文算法的角度估计性能优于ESPRIT算法和三线性分解算法。     

互质线阵中一种基于共轭增广的DOA估计算法

论文开展互质线阵下的空间谱估计研究。通过利用信号二阶统计量的共轭增广特性,提出互质阵下基于共轭增广的酉旋转不变性进行信号参数估计 (Conjugate augmented unitary estimation of signal parameters via rotational invariance technique, CA-UESPRIT)波达方向(Direction of arrival, DOA)估计算法。该算法先利用不同时长间隔下接收信号的二阶统计量,构造共轭增广虚拟阵列以扩展阵列孔径和提高空间自由度。然后采用基于互质特性的联合UESPRIT算法实现DOA估计。相比于传统互质线阵下的联合UESPRIT算法,CA-UESPRIT算法DOA估计性能更优。此外,通过酉变换可以将ESPRIT算法的协方差矩阵从复数域转化到实数域,降低了复杂度的同时保证了测向精度。仿真结果证实了所提算法的有效性。     

基于低管秩张量分解的互质阵列自适应波束成形算法

互质阵列因其大阵列孔径和高自由度特性在波束成形领域受到广泛关注.为了充分利用该特性,近年来学者们提出了基于孔洞填充的算法,有效提高了互质阵列波束成形的性能.然而,这些算法存在计算量大、噪声鲁棒性弱等缺点,难以适应复杂多变的实际环境.为此,本文利用张量的多维结构在参数估计上的性能优势,提出了一种基于低管秩张量分解的互质阵列自适应波束成形算法.首先将互质阵列的多采样虚拟信号矩阵重排为张量形式,利用其低管秩特性补全缺失的互相关信息;然后从补全后的张量数据中提取信号参数,并与目标先验进行匹配,最终得到波束成形权矢量.本算法分别利用ADMM和Tucker分解提高了张量补全和分解的运算效率;所设计的目标匹配方案也有效控制了算法误差.仿真结果展示了本算法在性能和计算复杂度相对于现有方法的优势,尤其是在低信噪比和少采样数的情况下.     

基于改进遗传算法的圆阵列方向图联合优化

为降低圆阵列方向图的峰值旁瓣电平,提出一种基于改进遗传算法的圆阵列方向图优化方法。将阵元位置和阵元权值作为联合优化变量,以最小化波束方向图峰值旁瓣为目标函数,采用遗传算法优化阵元位置和阵元权值,以增加变量的自由度,在采用双重选择机制的基础上,结合差分进化、内插/外推、单点交叉和多点交叉4种方式实现交叉变异。实验结果表明,该方法能降低陷入局部最优点的概率,具有较好的适应度和较快的收敛速度,使峰值旁瓣电平降低至?12.611 dB。     

基于最小冗余线阵的阵列扩展方法

针对均匀传感器线阵应用被动合成孔径技术进行扩展阵列中存在阵元数较多利用率较低,且噪声累积误差问题,提出了一种基于最小冗余线阵的阵列扩展方法.该算法将四阶累积量方法和被动合成孔径技术相结合,能够采用较少的阵元获得较大的阵列有效孔径.先用四阶累积量方法对最小冗余阵作匀速直线运动采集的连续测量量作预处理,获得虚拟均匀线阵效果...     

水下成像的稀疏阵列乘性处理

针对阵列传感器布阵设计中的冗余问题,提供了一种水下声学成像稀疏阵列的处理方法。采用稀疏阵列乘性处理方法可合成一个收发一体的虚拟阵列且虚拟阵元数目等于实际阵列发射阵元与接收阵元的乘积。依据相位中心近似的原理,对虚拟阵元的布阵位置进行了数学的解析表示,使用几种不同结构的稀疏阵列进行比较。实验结果得出,使用上述方法建立的稀疏阵列性能指标在三维声场、波束、导向矢量、主瓣宽度和峰值旁瓣级等方面与同等数量的收发一体Mills cross稀疏阵列一致。表明了乘性处理方法能有效解决阵元冗余问题,利用上述方法可得到一种优于Mills cross的新型稀疏阵列。     

电磁超声换能器优化设计与板状结构损伤成像应用研究

提出了一种用于板状结构损伤成像的虚拟电磁超声换能器EMAT(Electromagnetic Acoustic Transducer)阵列.由螺旋线圈和圆柱形永磁铁组成的电磁超声换能器可以通过洛伦兹力在铝板中有效地激发低频散和高幅值的单一S0模态兰姆波.实验研究了电磁超声换能器配置参数(如激发频率,螺旋线圈外径、螺旋线圈内径和提离距离)对S0模态兰姆波性能的影响.另外,将接收电磁超声换能器移动到用于接收兰姆波的多个预定义位置来构建虚拟传感器阵列,实验研究了阵元间距和阵元数量对成像结果的影响.结果表明,通过相控虚拟聚焦成像方法,虚拟电磁超声换能器阵列的成像结果与实际损伤位置吻合良好.     

基于改进粒子群算法的宽带测向阵列结构优化

通过对测向模糊性进行分析,提出了针对宽带信号无模糊测向的阵列结构设计方法。该方法基于改进粒子群优化算法,以测向无模糊及各阵元最小间距为条件,对各阵元位置进行优化设计,得到合适的阵列结构以提高阵列的测向性能。仿真实验证明,改进粒子群算法提高了搜索效率,通过本方法设计的测向阵列在测向带宽内能够得到较高的测向性能,而且最小阵元间距不受均匀线阵中阵元间距不大于半波长的约束。     

超分辨率下的部分重叠干扰抑制

在船舶自动识别系统中,波束形成算法在目标信号受到来向相近的部分重叠干扰时存在性能严重下降的问题。针对上述问题,提出一种超分辨率下的部分重叠干扰抑制算法。算法通过自回归模型预测的方法求解自回归系数,进而进行虚拟阵元扩展预处理,并采用基于广义奇异值分解的波束形成算法完成目标信号的估计以及对部分重叠干扰的抑制,克服了上述场景下波束形成器在信号来向相近时性能较差的问题。仿真结果表明,所提算法通过结合阵列扩展与波束形成的特点,能够在不增加实际阵元的情况下较原阵列具备更高的分辨率。     

宽阵元间距高分辨率MIMO雷达阵列设计与实现

针对多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)雷达传统阵列设计方法中方位分辨率受限于阵元数目,阵元之间耦合作用明显的问题,提出了一种基于宽阵元间距的高分辨率阵列设计方法.使用了平板定向天线作为阵列的基本收发单元,提高了阵列中阵元之间的隔离度,同时采用了宽阵元间距的等效阵列设计方法,扩展了阵列孔径长度,从而进一步提高了方位分辨率,最后用仿真分析结果验证了该方法的有效性.     

L型阵列内插区域对称扩展波束形成

针对内插变换中角度敏感的问题,提出一种内插区域对称扩展优化的波束形成算法。将L型阵列的阵列流形矩阵关于坐标轴做对称处理,实现俯仰角与方位角内插变换区域的二倍对称扩展;通过现有可变对角加载技术的改进及Taylor加权进行波束形成权矢量优化。仿真结果表明,该算法有效地扩大了系统可用的内插变换角度范围,并有效约束L型扩展阵列的波束形成的旁瓣电平,同时提高其输出信干噪比。     

一种基于阵列虚拟平移的互耦自校正算法

阵元间的互耦和相干信源对阵列的DOA(Direction-Of-Arrival)估计性能产生了严重影响.针对这一问题,在应用子空间原理的基础上,利用均匀线阵互耦矩阵的带状循环特性及时称Toeplitz性,并结合阵列虚拟平移,提出了一种阵元互耦条件下的相干信源的波达方向估计新算法.该算法无需阵元的互耦参数信息,就可准确地估计出相干信源的DOA,估计性能优良,而且只需一维搜索,计算量较小.计算机仿真结果验证了该算法的有效性.     

最小冗余MIMO雷达阵列设计

阵列天线的优化设计对降低系统成本、提高系统性能起着关键的作用。最小冗余阵因其能用较少的物理阵元形成较大的阵列孔径而备受关注,但是其阵元位置往往只能通过穷举法搜索得到,而穷举法的运算复杂度很高,因此不利于实际应用。针对这一不足,根据组合设计理论中的循环差集的基本原理,提出了一种基于循环差集的最小冗余MIMO雷达阵列设计算法。该算法利用最少的物理阵元能够得到更大的阵列孔径,并且能解析地求出发射阵元和接收阵元的位置,适用于任意大阵元数情形的阵列优化。仿真结果表明,该算法是一种有效的最小冗余MIMO雷达阵列优化算法。     

小型阵列宽带恒定束宽波束形成器仿真研究

关于优化宽带恒定束宽波束形成,是阵列小型化和对低频宽带信号探测的核心问题.为了研究阵元间距小于四分之一波长的线列阵的宽带恒定束宽波束形成器设计,提出了FIR滤波器的适用于小型传感器阵列的时域恒定束宽波束形成方法,分析了频域和时域宽带波束形成的特点,进行了时域宽带恒定束宽波束形成器的设计.根据最小均方准则,求出了频域子带波束形成加权向量,使工作频带内各子带波束主瓣趋近于期望波束,同时控制工作频带内波束旁瓣响应幅度,波束图主瓣形状设计与期望频率响应FIR滤波器的设计问题都转化为二阶锥规划方法,从而实现工作频带内的恒定主瓣束宽.通过仿真证明,改进方法可使密排阵列在2000Hz ～ 4000Hz工作频段范围内具有恒定束宽的方向特性.