Combining GA and iterative MVDR for DOA estimation in space-time CDMA systems

This paper deals with direction-of-arrival (DOA) estimation of minimum variance distortionless response (MVDR) approach based on iterative searching technique for space-time code-division multiple access (CDMA) systems. It has been shown that the iterative searching technique is more likely to converge to a local maximum, causing errors in DOA estimation. In conjunction with a genetic algorithm for selecting initial search angle, an efficient approach is presented to achieve the advantages of iterative DOA estimation with fast convergence and less computational load over existing conventional spectral searching MVDR estimator. Simulation results are provided for illustrating the effectiveness of the proposed approach.     

Combining genetic algorithm and iterative MUSIC searching DOA estimation for the CDMA system

This paper deals with direction-of-arrival (DOA) estimation based on iterative MUSIC searching technique for the code division multiple access (CDMA) system. It has been shown that the iterative searching technique suffers from the local maximum searching problem, causing acquisition errors in DOA estimation. In conjunction with a genetic algorithm (GA) for selecting initial search angle, we present an efficient approach to achieve the advantages of iterative DOA estimation with fast convergence and more accuracy estimate over existing conventional spectral searching methods. Finally, several computer simulation examples are provided for illustration and comparison.     

不同信号的DOA估计算法比较

波达方向(Direct of Arrival,DOA)估计技术渐渐成为移动通信中的研究热点,当用户的信号方向未知时,可以根据经典算法多重信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)和旋转不变技术信号参数估计(Estimating Signal Parameters Viarotational Invariance Techniques,ESPRIT)等方法估计信号DOA。针对不同的信号采取不同的算法分析。对窄带信号,从信噪比、阵元数、快拍数等不同情况下对TLS-ESPRIT算法和MUSIC算法进行了仿真实验,并比较了TLS-ESPRIT算法与MUSIC算法的DOA性能。对宽带信号,主要重点分析了基于非相干信号处理算法(Incoherent Signal-subspace Method,ISM)的两种改进的方法,对低信噪比子带赋予低权重或舍弃。通过仿真实验,证明了改进算法的优越性,同时对两种改进算法的使用场合作了简单的分析。     

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。     

信号等长情况下频率估计的分频域迭代分析法

从特征识别角度分析了现有频率估计方法的信号分解结构的特点,并提出了一种分频域分解结构,将对应不同时间的多个单频信号融合构成一个组合信号,以利用时域已知信息并形成信息积累作用,能有效抑制干扰频率和削弱冲击噪声且计算量增加较少。为配合分频域分解结构的使用和提高分析过程的实时性,采用了分频等长融合算法和间接迭代计算,并进行了方法正确性的数学证明。针对多种应用环境状态进行了仿真实验,结果表明该方法抗噪性和实时性较好,频率估计精度比现有方法有较大提高。     

CDMA信号的时频差高精度估计算法

针对多用户CDMA信号的时频域重叠特征,提出了一种新颖的时频差高精度估计方法。该方法结合扩频信号的捕获和解扩操作,以较短的信号样本和较低的计算量,仅两次时间-频率分维迭代实现了用户信号分离和时频差估计,再通过时域和频域内插进一步提高估计精度。仿真结果表明,与直接互模糊函数相关法相比,该方法能够有效提高CDMA信号时频差估计精度,降低计算量。     

宽带混合信号的快速DOA估计算法

针对均匀线列阵,在宽带混合信号(不相关和相干信号共存)情形下,提出了一种DOA快速估计新算法。利用阵列协方差矩阵的Hermitian性,通过酉变换将各频点的复数据矩阵映射为实矩阵,通过实值化的TOFS法先直接估计出宽带非相关信号的DOA;然后利用空间差分技术,在各个频点上得到只含相干信号的数据协方差矩阵;通过Toeplitz矩阵重构,在不降低阵列孔径的条件下,可实现相干信号的解相干,再利用实值TOFS法可得到相干信号的DOA。由于算法是并行分别对不相关和相干信号进行DOA估计,在信源过载(信号数大于阵元数)的情形下,算法依然有效,同时由于实值化,算法的计算复杂度较小。仿真结果验证了算法的有效性。     

用阻塞矩阵法实现弱信号二维DOA估计

基于矩形平面阵列,将一维阻塞矩阵推广至二维,提出了一种强干扰背景下弱信号的二维DOA估计算法。首先构造二维阻塞矩阵对阵列接收数据进行预处理,抑制掉已知方位强干扰,再进行弱信号的谱估计。算法提高了弱信号的检测概率和估计精度。理论分析和仿真实验表明了该算法的有效性和正确性。     

基于FRFT的多分量LFM信号DOA估计

提出了一种基于分数阶Fourier变换的多分量LFM信号波达方向估计算法。观测信号经滤波和解线调处理,变换为一系列单频平稳信号。在分数阶Fourier域结合传统的MUSIC算法,从而实现了LFM信号的方向估计。给出了估计误差的统计分析,使得这一方法在理论上趋于完备,仿真试验验证了算法的有效性。     

基于CS理论的LFM信号DOA估计

针对常用LFM（linear frequency modulated）信号DOA（direction of arrival）估计算法采样数据量大,在低信噪比情况下估计效果不理想的问题,提出一种基于CS（compressed sensing或compressive sampling）理论的LFM信号DOA估计新方法。实验仿真验证了CS理论的基本原理及运用其进行LFM信号DOA估计的可行性。     

基于盲波束成形的异步CDMA信号伪码估计

在分析阵列天线接收的异步CDMA信号的基础上,利用信号子空间与用户特征序列的关系,提出一种新的基于盲波束成形的伪码序列盲估计算法,能在波达方向未知的情况下,估计各个用户的扩频序列。算法克服了子空间盲波束成形算法信源个数必须小于阵元个数且信源波达方向不能靠近的缺点。同时提出一种基于盲波束形成的多用户检测算法,在低信噪比条件下,性能相比于单天线多用户检测性能有很大提高。     

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.     

基于快怕矩阵重构的宽带相关信号DOA估计

针对相关信号空间平滑算法中阵列孔径损失的问题,提出了一种有效的去相关算法.该算法将直接数据快拍及其共轭反置矩阵构造一新的矩阵,通过对原数据矩阵和新矩阵的协方差矩阵的奇异值分解,再采用MUSIC算法对相关信号进行DOA估计,没有阵列孔径损失.仿真实验通过与MMUSIC算法和ISM算法及CSM算法相比较,验证了该算法的有效性.     

基于波场模型的宽带相干源方位估计优化方法

阵列流形内插方法（AMI）是一种基于波场模型的宽带聚焦方法。它无须角度预估, 可以应用于任意已知结构的阵列, 但其采样矩阵的截断点数通常选取较大, 尤其在均匀线阵列下大大增加了运算量。针对这个问题, 提出了一种采样矩阵优化方法, 该方法利用贝塞尔函数的性质, 重新构造了采样矩阵, 使得新的采样矩阵在不损失信号信息的前提下, 最大限度地降低运算量, 从而有效缩短了运算时间。计算机仿真实验结果表明了该方法只需和阵元个数相同的截断点数就可以有效地实现方位估计, 并获得与阵列流形内插方法相当的方位估计性能。     

ADSP21160实现CDMA信号波达方向估计

本文针对CDMA系统,提出使用DSP器件ADSP21160实现对感兴趣用户的波达方向和估计的算法。该算法是对传统MUSIC方法的推广与变形,克服了要求接收信号数小于阵元数的局限,算法运算量小,能有效估计CDMA信号的到达方向。     

DPT和虚拟阵列相结合的相干NLFM信号的DOA估计

针对无线电通信领域中经常遇到多径传输和反射因素的现象,必须考虑宽带相干信号源的存在。提出一种离散多项式相位变换(DPT)与虚拟阵列变换法相结合的相干非线性调频(NLFM)信号的波达方向(DOA)估计方法,并对其中的算法做了对比、分析和改进。解决了常规MUSIC、ESPRIT算法不能估计宽带信号、相干信号的问题,不仅能更准确地进行DOA估计,而且不损失阵列的孔径,提高了阵元数的利用率。同时还提出了当两个信号源很近的情况下的角度估计算法。仿真实验证明了该算法的有效性。     

脉冲噪声环境下宽带循环平稳信号DOA估计算法（2010年10月投稿，现发去电子稿）

针对传统二阶循环相关算法在脉冲噪声环境中的显著退化问题,本文以 稳定分布为噪声模型,提出基于分数低阶循环相关的波达方向（DOA）估计算法。利用分数低阶循环相关的相移特性,将宽带循环平稳信号的DOA估计问题转化为“中心频率”为 的窄带问题,解决了宽带情况下DOA估计困难的问题。计算机仿真结果进一步验证了此算法的有效性,且性能优于传统SC-SSF算法。     

基于二次迭代稀疏重构的跳频信号参数估计

为了解决现有参数估计方法中时频聚集性不强,低信噪比下估计精度不高问题,提出了一种基于二次迭代稀疏重构的跳频信号参数估计方法。根据跳频信号的时频稀疏性进行稀疏重构,获取信号的时频分布矩阵;通过分析时频分布矩阵的特点,对信号进行二次迭代稀疏重构,获取二次时频分布矩阵。为了提高在低信噪比下算法性能,采用二值形态学滤波对时频图进行处理,进而实现信号的良好参数估计。仿真结果表明:该算法能够有效地提高参数估计精度,在低信噪比下有良好的估计效果。     

基于前后相关阵的CDMA信号DOA估计及DSP实现

本文针对CDMA系统,提出使用DSP器件TMS320-C6701实现对CDMA信号的波达方向估计。该算法基于对解扩前后相关阵相减,去除了干扰相关阵是,然后使用传统MUSIC或ESPRIT算法进行DOA估计,克服了要求接收信号数小于阵元数的局限,能有效估计波达方向相差很小的多径信号的参数。     

一种新的宽带DOA估计自聚焦算法

具有较高精度的宽带信号波达方向（DOA）快速估计算法是其实用化所要解决的重要问题。提出了一种新的相干子空间（CSM）类宽带DOA估计自聚焦算法。算法利用子空间投影变换将信号分离后分别处理,通过不断更新聚焦方向实现自聚焦。与已有算法相比,不受DOA初始值的影响,有更小的聚焦误差;不同目标在聚焦矩阵更新过程中无需再做奇异值分解,有较低的实时计算量。仿真实验表明,算法以较小的计算代价实现了近乎最优的聚焦性能,有较高的DOA估计精度。