低复杂度二维相干分布源解耦波达方向估计方法

现有的二维相干分布源波达方向估计算法都需要一维或多维搜索,算法复杂度高,而且大部分算法都针对分布源特定的角信号分布函数设计,当分布源角信号分布函数未知或不同分布的分布源共同存在时,算法性能将严重恶化.文中利用双均匀线阵,给出了一种无需搜索的低复杂度二维相干分布源波达方向解耦估计方法及参数配对方法,适用于分布源角信号分布函数未知及不同分布的分布源共同存在的情况.仿真结果验证了算法的有效性.     

一种相干信号DOA估计的新方法研究

针对自适应阵列信号处理中的关键问题之一波达方向(DOA)估计,首先介绍了阵列信号处理中DOA估计的一般处理方法,如先对信号进行解相干处理后用经典MUSIC算法进行估计,然后给出了一种用于相干信号DOA估计的基于扩展卡尔曼滤波理论的新方法,并通过详细理论分析与一般的相干信号DOA估计的处理方法比较表明,不依赖于输入信号的协方差矩阵的特征值属性,能够利用较少的阵元对相干信号DOA和功率同时进行准确估计,仿真效果良好,证明有实用性,对自适应阵列信号处理中对相干信号干扰的研究有一定意义.     

基于均匀圆阵的相干信源二维角估计方法

论述了一种利用旋转子空间不变技术对相干信源二维角估计的方法。此方法通过对天线阵列进行虚拟平移，相当于将信号矢量进行旋转，从而使相干信号源的协方差矩阵的秩恢复为满秩，达到去相干的目的。该方法解决了均匀圆阵对二维相干源的测向问题。计算机仿真结果证实了该算法的有效性。     

基于最小冗余线阵的二维DOA估计方法

针对传感器阵列二维DOA估计中阵元数较多且阵元利用率较低的问题,提出了一种低阵元冗余的二维DOA估计方法.该方法通过在最小冗余线阵基础上添加两个导向阵元的方法,将最小冗余线阵的应用拓展到二维DOA估计.同时该方法利用多个时延的阵元输出共轭循环相关函数构造"伪数据阵",在时空域中等效出两个具有旋转不变性的平行子阵,进而运用DOA矩阵法估计信号二维DOA.该方法不仅避免了最优时延选择问题,继承了DOA矩阵法无需谱峰搜索且无需二维角度参数配对等优点.还用较少的阵元获得了较大的阵列有效孔径.仿真结果表明,该方法与CCDM算法相比具有更好的低信噪比适应能力和稳健性.     

相干信号波达方向估计技术综述

在信号的传输过程中,由于信号反射和折射,导致多径传输产生相干信号。此时信号协方差矩阵出现秩缺,导致传统的超分辨波达方向估计（Direction of arrival,DOA）算法失效。针对相干信号的DOA估计算法被提出,这些算法通过利用阵列导向矢量的特殊性质,对协方差矩阵的秩进行恢复,从而达到解相干的目的。围绕着减小阵列孔径损失、增加可处理信号数量和提高估计精度等目标,新的相干信号DOA估计算法不断被提出,成为阵列信号处理方向的一个研究热点。本文介绍了相干信号的产生和其对DOA估计的影响,给出了相干信号的阵列模型,根据解相干方式的不同,将各种相干信号的DOA估计算法进行分类,并逐类进行阐述,最后展望了相干信号DOA估计未来的研究方向。     

一种宽带信号DOA估计新方法

该文研究了信号稀疏分解在阵列信号处理中的应用，将信号非正交分解应用到阵列信号处理领域，突破了信号正交分解的思想．通过计算传感器阵列输出信号的稀疏分解，实现了信号空间谱的超分辨估计，提出了一种全新的宽带信号源波达方向（DOA：Direction of Arrival）估计算法。在较低信噪比情况下，该新算法的性能优于传统的波达方向估计算法，计算机仿真结果验证了算法的有效性。     

单快拍二维波达方向估计算法

在双平行均匀线阵的基础上,提出了一种利用单快拍数据进行二维波达方向估计的算法.该算法利用单次快拍数据构造出两个具有特定关系的矩阵,再构造一个波达方向矩阵,根据该矩阵的特征值和特征向量,可以估计出入射信号的二维波达方向.该算法无需多项式搜索和参数的配对过程,计算量小,且不论信号源的相关性如何都同样适用.因此,该算法适合于瞬时信号和快速运动信号的波达方向估计.     

一种改进的信号子空间聚焦宽带DOA估计算法

信号子空间聚焦（FSS）算法可实现宽带相干信号的波达方向（DOA）估计,但其在短快拍条件下存在估计精度差、分辨率低的问题。提出一种改进的信号子空间聚焦（MFSS）算法。根据波长间隔与阵元间距的匹配度选取最佳参考频点及子频带,通过Hankel矩阵奇异值分解重构子频带的协方差矩阵,并利用信号子空间聚焦法构造聚焦协方差矩阵,使用Root-正交传播算子实现DOA估计。实验结果表明,相比FSS、MTOPS、LR-MUSIC算法,MFSS算法复杂度较低,能够有效提高估计精度和速度。     

基于协方差矩阵降维稀疏表示的二维波达方向估计

针对稀疏重构下二维波达方向（2D-DOA）估计存在计算量大的问题,提出一种基于协方差矩阵降维稀疏表示的二维波达方向估计方法。首先引入空间角构造流形矢量矩阵冗余字典,将方位角和俯仰角组合从二维空间映射到一维空间,降低了字典的长度和求解复杂度,并且能自动实现俯仰角和方位角配对;其次改进了样本协方差矩阵的稀疏表示模型,对该模型进行了降维处理;然后由协方差矩阵稀疏重构的残差约束特性得到约束残差项置信区间,避免采用正则化方法导致参数选取困难;最后通过凸优化包实现了二维波达方向的估计。仿真实验表明,待选取的协方差矩阵列数达到某个阈值（在只有两个入射信号情况下该值为3）时,可准确实现入射信号角的估计;当信噪比（SNR）较小（<5dB）时,该方法估计精度优于基于空间角的特征矢量算法;低快拍数（<100）下该方法估计精度略低于特征矢量法,但小间隔角度下估计精度与后者相当。     

基于压缩感知的二维DOA估计

针对L阵列,提出基于压缩感知的二维波达方向估计新方法。定义方位角和俯仰角余弦乘积为空间合成角,利用等余弦网格划分空间合成角构造超完备的冗余字典,将子阵接收的单快拍数据矢量转化为冗余字典下的稀疏表示问题;采用单位列向量组合矩阵随机抽取的新方法构造高斯随机测量矩阵;通过改进正交匹配追踪算法求解二维波达角。指出所提出的算法比传统二维MUSIC算法在高信噪比、多快拍条件下估计性能更好,并且有一定的阵元节约效能。计算机仿真实验证明了以上结论。     

基于分数阶傅里叶变换的宽带LFM相干信号二维DOA估计

在分数阶傅里叶(FRF)域从离散角度推导了二维DOA估计数学模型,并在此模型基础上提出基于分数阶Fourier变换的二维相干信号DOA估计新算法.该方法利用分数阶傅里叶变换良好的能量聚集性,在分数阶傅里叶(FRF)域构造前后向空间平滑DOA矩阵.通过对DOA矩阵进行特征值分解,估计信号子空间和噪声子空间,由信号子空间的特征值和特征向量得到宽带LFM相干信号的二维到达角,避免了二维谱峰搜索和交叉项,也无需参数配对.理论推导与实验仿真验证了算法的有效性.     

一种DOA估计新方法*

压缩传感（compressed sensing或compressive sampling,CS）理论一出现便受到国际上的广泛关注,它打破了经典采样模式,通过随机采样少量点即可精确或以很高的概率恢复原始信号。利用这一特点,提出了一种波达方向(direction of arrival,DOA)估计的新方法,相比于传统DOA估计,只需少量采样点同时达到方向的精确估计,计算机仿真验证了方法的可行性。     

基于矩阵重构的非等功率相干信号DOA估计

针对功率相差较大和角度相隔较小的相干信号的波达方向(DOA)估计问题,提出一种基于Toeplitz矩阵重构的不变噪声子空间算法。对各个阵元的接收数据与参考阵元接收数据的相关函数进行排列,构造满秩的Toeplitz矩阵;引入虚拟信源优化Toeplitz矩阵,利用其不变噪声子空间特性估计信号波达方向。仿真结果表明该算法可以准确估计出功率相差40 dB、角度相邻2°的相干信号DOA,较空间平滑类算法具有更高的成功率与更强的分辨率。     

一种估计多用户多径信号DOA的改进方法

Cardoso于1989年提出了一种盲源分离方法。本文将这种方法加以推广， 使其可以适用于阵元数多于用户数的情况。同时，本文还根据推广的Cardoso方法计算出的方向矢量，利用前后向线性预测方法估计信号的到达角。该方法不但可以估计独立信号的到达角，而且可以对多径信号进行处理。此方法所能估计的信号个数要远远多于MUSIC算法，计算量较MUSIC算法少，而且本方法可以在较低的信噪比下估计出正确的结果。     

面阵中基于传播算子的二维DOA估计算法

考虑面阵中的二维波达方向（DOA）估计问题,提出了一种基于传播算子（PM）的二维DOA估计算法。该算法利用4个子面阵接收数据的互相关矩阵构造新的数据矩阵,利用线性运算代替特征分解得到旋转不变关系矩阵,由该关系矩阵得到方位角与俯仰角的参数估计。所提算法的波达方向估计性能优于传统的面阵二维ESPRIT算法,且降低了计算复杂度,提高了阵列接收数据的利用率和算法的抗干扰能力。算法可以实现二维角度的自动配对。仿真实验证明了算法的有效性。     

改进Geese算法对信号的DOA估计

针对传统的空间谱估计算法对相干源的波达方向（DOA）估计会失效的问题,该文在利用信号子空间特征向量生成广义特征值（Generalized Eigenvalues utilizing Signal subspace Eigenveetors,Geese）算法基础上,结合空间平滑技术对接受数据进行预处理,提出一种改进的Geese算法。该算法由于不需方向搜索且只利用信号子空间,大大降低了计算复杂性。计算机仿真结果表明,与Geese算法相比,该改进算法既能够有效地估计出独立信号源的DOA,也能有效地估计出相干信号源和相隔比较近的低信噪比信号源的DOA。对于独立源的估计,在相同条件下,估计性能也要优于经典的空间谱估计算法（ESPRIT算法和MUSIC算法）,从而证明该算法的合理性。     

一种用于二维DOA估计的新颖Unitary ESPRIT算法

提出了一种基于双均匀线阵的特性新颖的Unitary ESPRIT算法。算法根据阵列接收数据,构造了一种实值数据形式,对其作实值奇异值分解,获得信号子空间。算法利用阵元几何的平移不变特性,构造了包含入射信号方位角和俯仰角的估计量。利用构造的估计量的特征值估计俯仰角信息,利用其对应的特征向量估计方位角信息,自动完成角度的配对。所提方法不仅保持了矩阵DOA估计算法和二维ESPRIT算法的优点,如自动的参数配对、不需要二维谱峰搜索等,而且能够在实数域中直接获得信号子空间,能够有效降低运算量。算法可以增加估计信号个数。仿真实验验证了算法的有效性。     

基于对称谱的宽带相干信号快速DOA估计

针对聚焦类宽带信号方位估计算法运算量较大的问题,提出了一种快速算法。首先利用矩阵的Toeplitz化重构,不用对阵列进行子阵分割,就可实现宽带信号的解相干;然后根据接收数据协方差矩阵的厄尔米特特性,利用酉变换将复数矩阵映射为实数矩阵,通过在实数域特征分解,降低了特征分解的计算复杂度;最后通过投影子空间正交技术,利用噪声子空间和共轭噪声子空间重新构造空间谱,根据谱对称性,在半谱内搜索即可得到信号的角度,同时使谱峰搜索的运算量降低了一半。理论分析及仿真结果表明,新算法无需聚焦运算,精度较高,运算量小,对宽带相干信号有效。     

基于混合型MUSIC算法对相干信源DOA估计

在实际通信环境中,由于传播环境的复杂性使空间中存在大量的相干信号,从而导致信源协方差矩阵的秩亏缺。为使得矩阵的秩恢复到等于信号源数并解决相干信源波达方向（direction of arrival ,DOA）估计问题,提出了一种混合型MUSIC算法。该算法通过前后向空间平滑技术对天线阵列进行预处理,并将得到的新协方差矢量矩阵应用于改进的IMUSIC算法进行信号数据处理分析,得到相干信号的DOA角度估计。仿真结果表明,在信噪比低的情况下,信号间隔很小且存在相关信号时,混合型MUSIC算法能准确地估计出信源的DOA,验证了该算法的高分辨率和高性能。     

改进的窄带循环平稳信号DOA估计方法

将循环平稳理论引入传播算子算法中,提出了循环传播算子的DOA估计算法。利用有用信号与干扰信号循环频率的不同和噪声在感兴趣的循环频率上不呈现谱相关的性质,有效滤除了干扰信号和噪声的影响,实现了高分辨的DOA估计,并且突破了传统传播算子算法信号源数一定要小于阵列个数的限制;同时它不需要对高维空时协方差矩阵进行特征值分解,与基于特征子空间分解的算法相比运算量低,利于实时处理。仿真结果证明了该算法的有效性。