幅相误差对修正MUSIC算法测向性能的影响与分析

首先阐述了阵列信号处理中广泛采用的修正MUSIC算法原理，并推导了天线阵元幅相误差条件下的修正MUSIC算法，重点分析了阵元幅相误差对修正MUSIC算法测向性能的影响。最后以均匀线阵为例进行了仿真，计算机仿真结果表明，阵元幅相误差严重影响着修正MUSIC算法的测向性能，因此在应用修正MUSIC算法进行来渡方向估计的时候，必须考虑阵元幅相误差的影响。     

共轭传播算子测向算法

针对一维信号提出了共轭传播算子测向算法(COP),新算法利用了阵列输出数据的共轭,通过对阵列孔径的扩展,可对多于阵元数的信号进行测向,其分辨力和测角精度优于OPM(正交传播算子测向算法)和MUSIC 算法.分析了新算法的均方误差性能和计算复杂度,得到了均方误差的解析表达式.仿真实验验证了COP算法的优良性能,均方误差的理论值与仿真值相符.     

面阵测向性能相对于阵元位置误差敏感性研究

阵元位置误差引起阵列流形变化,进而导致测向误差.面阵阵列流形是C<'N>中的曲面,研究了该曲面与信号子空间的关系,提出了由面阵阵元位置误差推算测向误差的方法,定义了一个衡量面阵测向性能相对于阵元位置误差敏感性的一个指数.仿真结果说明该方法和指数在一定条件下有效.     

基于扩展传播算子的非圆信号测向方法

现代通信系统大量使用非圆信号,利用经典高分辨算法对其测向没有充分利用非圆信号的信息,因而性能受限.本文提出的扩展传播算子测向算法(EPM)先对数据进行共轭扩展,再利用传播算子方法(PM)测向,充分利用了非圆信号的特点,从而可对多于阵元数的信号进行测向,分辨力和测角精度优于OPM(正交传播算子测向算法)和MUSIC算法,同时保持了PM算法的特点,不需要特征分解(ED)或奇异值分解(SVD).文中还分析了EPM算法的均方误差性能和计算复杂度,得到了均方误差的解析表达式.仿真实验验证了EPM算法的优良性能,均方误差的理论结果与仿真值相符.     

阵列误差条件下MIMO 雷达测向敏感性分析*

测向敏感性分析对高性能阵列雷达系统设计和参数校正具有重要意义。针对MIMO 雷达系统误差 的测向敏感性问题,基于MUSIC 算法的一阶泰勒展开,研究了由MIMO 雷达收、发阵元幅度、相位和位置误差引起的 实际阵列与理想阵列间存在的流型误差对测向性能的影响;三种误差条件下分别定义和推导了任意阵型配置下MIMO 雷达测向敏感因子、方位估计RMSE 以及成功分辨误差门限的表达式。仿真实验验证了理论推导和分析方法的 有效性,相关结论可为MIMO 雷达系统分析与设计提供参考。     

一种新的测向交叉定位算法

为了解决测向交叉定位系统在基线附近定位精度较低的问题,介绍了一种基于最小方差法的测向交叉新算法.该方法对于每个空间点,都以定位误差最小的算法和参数来计算目标位置.首先研究了3种测向交叉定位算法及距离解算误差,然后给出了基于最小方差的新算法流程图,最后对算法进行了仿真和性能分析.仿真结果表明,新算法明显地改善了基线附近的定位精度,提高了系统的抗干扰能力.该算法可适用于某些雷达组网系统的目标指示阶段.     

一种修正的浮标用多波束比幅法测向精度研究

结合声呐浮标技术的发展方向,针对水下目标精确定向问题,在多波束比幅法测向原理的基础上,提出了一种修正型的多波束比幅法测向算法.首先推导了修正算法的基本原理.然后分别针对六元线列阵和五臂平面阵对不同方位入射声信号通过大量实验对算法的测向误差进行了计算机仿真.对比修正前后的测向误差分析,从仿真结果可以看出,在不同信噪比条件下,使用该方法所得的测向误差明显小于修正前的比幅测向法所得到的测向误差,定向精度优势明显.仿真分析的结果证实了修正测向算法在浮标目标定向应用中的可行性.     

内插阵列变换扩展传播算子算法

扩展传播算子(EPM)算法是首先对数据进行扩展,再利用传播算子(PM)方法进行测向的一种算法,该算法充分利用了非圆信号的特点,分辨力和估计精度优于未充分利用非圆信号信息的经典高分辨算法。但是在实际信号测向中,由于阵元位置误差的存在,算法的估计性能会受到一定的影响。因此提出一种基于内插阵列变换的扩展传播算子(VIA-EPM)算法,该算法利用真实阵列流型与虚拟阵列流型之间的变换矩阵,将真实协方差矩阵变换为虚拟协方差矩阵,再对虚拟协方差矩阵进行分块并得出扩展传播算子,进而得出算法的空间谱函数。仿真实验表明:在存在阵元位置误差的情况下,新算法通过对阵元位置校准数据进行内插阵列变换(VIA),取得与阵元位置校准的EPM算法相当的估计性能,保持了阵列扩展能力以及高估计精度,在低信噪比情况下,基于扩展协方差矩阵的VIA-EPM算法的分辨力以及估计精度均要优于基于扩展数据矩阵的VIA-EPM算法。     

一种新的阵元位置误差有源校正算法

阵列天线位置的不确定性会严重影响阵列天线的测向性能。文中基于子空间类测向方法,在远场情况下,提出了一种新的估计阵元位置误差的有源校正算法。该算法是以迭代的形式给出,其目标函数建立在信号子空间基本性质的基础上,适用于多个校正源同时存在的情况,并且可以应用于任意阵列形式。计算机仿真验证了文中的算法具有较快的收敛速度和较高的参数估计精度。     

基于概率计算的虚假点消除算法研究

针对无源测向交叉定位在多目标辐射源的情况下存在的虚假点问题,提出了一种基于概率计算的虚假点消除改进算法。该方法根据测向信息,构造误差概率密度和矩阵,根据矩阵参数将测量区域内概率密度和的最大值点判定为辐射源位置。然后通过设定阈值,依次找出其余辐射源位置,提高了在测向误差较大时的性能,达到消除虚假点的目的。仿真证明了该算法的有效性。     

阵元位置误差对典型目标方位估计算法影响分析

波达方位估计技术是水声阵列信号处理的一个重要研究方向,主要应用于测向.在实际使用中,波达方位估计算法受阵形和海洋环境的制约,导致目标方位估计结果偏离理论值.其中阵元位置误差是波达方位估计技术难以避免的影响因素.针对阵元位置误差建立目标入射模型,分析了在y轴上、球体内服从高斯分布的位置误差对几种典型DOA算法的影响,得出位置误差均方差与目标方位估计结果误差的均值、均方差之间的关系,可为实际应用中目标方位估计结果提供参考.     

欠估计下相干信号的改进MMUSIC算法分析

首先阐述了阵列信号处理中广泛采用的MMUSIC算法的基本原理,然后分析了信源数目欠估计情况下的MMUSIC算法性能。为了解决信源数目欠估计下出现的谱峰消失的问题,讨论了一种改进的MMUSIC算法,并将改进的算法成功运用于相干信号,计算机仿真结果证明该改进算法是有效的。     

一种新的天线阵列位置误差校正算法

天线阵元的位置误差会影响天线阵元所接收到信号的相位.基于特征值分解的波达方向算法对信号的相位误差非常敏感,因此有必要对阵元的位置误差所带来的接收信号相位误差进行校正.提出了一种基于噪声子空间的最优化算法能有效的校正直线阵列的位置误差.与原方法相比,该算法的优化参数仅为原来的一半,提高了梯度优化算法的收敛速度.数值计算结果表明该算法是有效的.     

MEMS矢量水听器阵列方位估计的对比研究

基于新型微机电系统(MEMS)仿生矢量水听器,首先利用计算机仿真对比分析了阵列空间谱估计4种相关算法(包括MUSIC算法、Capon最小方差法、空间平滑算法和MMUSIC算法)的优劣性.其次在对比分析的基础上,考虑实际操作的可行性和信号处理的准确性,选取定向精度较高,分辨能力较强的MUSIC算法处理不相干信号源,选取MMUSIC算法处理相干信号源.通过仿真验证和实验分析,结果表明,该MEMS矢量水听器阵列定向精度均在5°以内,具有较好的定向能力.     

一体化侦测阵列天线技术研究

本文在一种宽带偶极子单元天线的基础上,对由单元天线组成的常规侦测阵列进行改进设计,通过组阵方式实现了一种新颖的一体化侦测阵列天线。文章运用HFSS 电磁仿真软件结合干涉仪测向原理分别对两种侦测阵列进行性能比较。结果表明,新颖的一体化阵列实现了既包括常规侦测阵列的功能,又利用其组阵后的波束形成及其控制灵活等特 点,较单元天线实现更高的天线增益,这对提高系统的灵敏度和多功能性有很大帮助,比较适合应用于宽带一体化侦测系统。     

Array beamforming in the presence of a mounting tower using genetic algorithms

A beamforming method based on genetic algorithms (GAs) is proposed for antenna arrays in the presence of strong platform effects. A GA is used to maximize the mainbeam radiation and minimize sidelobe levels based on the active element patterns of the array. Simulation results show that the array excitations optimized by the GA can achieve superior beamforming performance than those from array theory or phase conjugation. Experimental results collected from a seven-element circular array further demonstrate the beamforming and direction finding performance of the GA based beamformer. In addition, an array element position optimization is carried out. Simulation results show further improvement in the beamforming performance.     

阵元切换时间对单通道阵列测向性能的影响

单通道阵列采用单个通道贯续接入各阵元进行采样,与常规阵列相比,单通道阵列减少了硬件成本以及通道幅相特性不一致问题对估计性能的影响,但现有研究均未考虑单通道阵列的阵元切换时间对系统性能的影响。为填补这一空白,首先参照常规阵列,明确了单通道阵列中窄带信号的带宽限制及其与单通道阵列阵元切换时间的关系;再以单通道阵列MUSIC算法为例,同时考虑信号带宽与单通道阵列阵元切换时间对单通道阵列协方差阵特性的影响,从理论上推导了单通道阵列MUSIC算法关于扩展相对带宽的一阶估计误差。最后对单通道阵列MUSIC算法与单通道阵列空间FFT算法在不同阵元切换时间下进行仿真,对两种算法测向误差与阵元切换时间的关系进行分析,验证了理论推导结果的正确性。      

An improved MMUSIC algorithm of direction of arrival estimation

An improved algorithm is presented for a signal's direction of arrival estimation to reduce the computational complexity of the existing modified multiple signal classification (MMUSIC) algorithm. In this paper, FFT algorithm is introduced to narrow the searching range of the direction angle. Afterwards, a compromise approach‐based SVD and orthogonal–triangular decomposition takes the place of traditional double SVDs. Then, during matrix calculation, the noise subspace is achieved for the signal's direction of arrival. Finally, the system simulation demonstrates the efficiency and reliability of this novel MMUSIC algorithm. Compared with the existing algorithm, MMUSIC effectively saves the computational complexity with the approximation estimation performance. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

共形阵列天线振动条件下稳健的DOA估计及位置误差校正

共形阵列天线比传统的线阵和面阵具有更优良的空气动力学性能、更宽的波束扫描范围、更小的雷达散射截面积和更大的阵列天线孔径等优势。然而共形天线载体受到飞行惯性和空气动力负载的相互作用很容易发生共形表面的变形和单元位置的扰动。更为重要的是平台的机械振动通常还会导致单元位置扰动的时变性,严重影响了共形天线的分辨测向性能。因而针对此类载体共形天线设计稳健的DOA估计算法和位置误差校正算法十分必要和有意义。本文提出了一种共形天线振动条件下的稳健DOA估计和位置误差校正算法。在给出共形线阵振动的数学模型基础上,得到修正的时变阵列导向矢量。采用时变的阵列导向矢量在一个振动周期内计算MUSIC谱,搜索空时二维的MUSIC谱的谱峰,得到本次采样快拍数据时阵列振动位于振动周期中的时刻和信源方位的联合估计。根据阵列振动的数学模型就可以进一步预测下一次采样快拍数据时刻阵列各阵元的位置误差,从而实现振动条件下的阵元位置误差校正和稳健的DOA估计。计算机仿真结果表明了提出算法的有效性。      

基于模拟退火算法校正天线阵列位置误差

天线阵元的位置误差会影响阵列所接收到的信号相位。基于特征值分解的DOA估计算法对信号的相位误差非常敏感,因此有必要对阵元位置误差进行校正。文中提出一种基于模拟退火算法的校正方法对阵元位置误差进行校正,其优点是所需的辅助信号源数目较少,算法稳健性较好,并且适用于任意形式的天线阵。计算机模拟结果表明该方法是有效的。