幅相误差对两类高分辨测向算法性能的影响

高分辨测向算法主要包括MUSIC算法、最小范数法、前向平滑算法和修正MUSIC算法等.无论是针对独立源或是相干源,在没有考虑阵元的幅相误差的情况下,这些算法都能准确进行到达方向(DOA)的估计.主要考虑存在幅相误差时,两类高分辨测向算法(最小范数法和前向平滑算法)的DOA估计性能.最后,给出了计算机仿真结果,并对幅相误...     

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。      

一种均匀线阵幅相误差校正算法

阵列幅相误差会严重影响MUSIC算法的测向性能,为此基于均匀线阵,给出了一种新的幅相误差校正算法。首先根据协方差矩阵的关系式构造了一种二次代价函数,然后利用理想条件下均匀线阵协方差矩阵具有Toeplitz结构的性质,通过交替迭代的方法对此二次代价函数进行优化求解,从而估计出了幅相误差和理想条件下的协方差矩阵,最后利用MUSIC算法即可估计出信源方位。计算机仿真结果验证了文中的算法是有效的,并且具有较高的参数估计精度。     

一种均匀线阵互耦和幅相误差校正算法

阵列互耦和幅相误差会严重影响MUSIC算法的测向性能,为此该文基于均匀线阵,给出了一种新的阵列互耦和幅相误差校正算法．文中首先根据阵列协方差矩阵的关系式构造了一种二次代价函数,然后利用理想条件下均匀线阵协方差矩阵具有Toeplitz结构的性质,通过交替迭代的方法对该代价函数进行优化求解,从而估计出了阵列互耦、幅相误差以及理想条件下的协方差矩阵,最后利用MUSIC算法即可得到信源方位的估计值．计算机仿真结果验证了文中算法的有效性．      

基于天线幅相响应修正的空间谱测向算法

空间谱测向算法是一种估计信源波达方向(Direction of Arrival, DOA)的高分辨测向算法，具有布阵灵活、分辨率高的特点，已在实际工程中得到广泛应用。受组阵后单元天线幅相误差大、阵列所处传播环境复杂的影响，造成测向接收机采集到的各路数据失真严重，理论阵列流型失效，从而严重影响测向算法的性能。为提高空间谱算法在实测天线幅相响应与理论值差异大时的测向稳定性，提出了一种基于天线幅相响应修正的测向算法，通过将信号实际幅相响应引入算法并做加权处理，降低了空间谱测向的误差，该方法具有良好的实际工程应用价值。     

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.     

FOC-MUSIC与MUSIC算法的稳健性对比分析

分析比较了阵元存在误差时基于四阶累积量的MUSIC方法（FOC-MUSIC）和基于协方差的MUSIC方法对波迭方向的估计性能，给出了大样本情况下估计误差方差的统一公式，基于这个公式从理论上分析了前一种方法的稳健性优于后一种的原因。仿真结果表明；文中提出的理论比较结果与实际仿真结果吻合，在存在幅相误差的情况下，FOC-MUSIC算法的稳健性确实优于基于协方差的MUSIC算法。     

阵元位置误差对MMUSIC算法测向性能的影响

首先对MMUSIC算法进行了分析和仿真,然后重点讨论了阵元位置误差对MMUSIC算法测向性能的影响,并以均匀直线阵为例进行了仿真实验。从理论推导和仿真结果可以看出,天线阵阵元位置误差严重影响着MMUSIC算法测向性能,得出了有用结论。     

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.     

基于双旋转单偶极子阵列的谱参数估计方法

提出了一种基于双旋转单偶极子阵列的联合谱参数估计算法.通过旋转阵元及修正极化多重信号分类(multiple signal classification, MUSIC)算法中谱函数的导向矢量, 便能实现用两阵元进行多目标测向, 回避了传统算法中要求信号源个数小于阵元数的问题.仿真结果表明:在小快拍数、低信噪比的影响下, 该算法在测向性能上优于阵元数为6的极化空间谱估计算法, 且所用通道数少, 可降低成本.该算法所述的单偶极子阵列可用任意极化敏感天线单元或组合进行构造, 可移植性较强.     

A New Calibration Method for Microphone Array with Gain, Phase, and Position Errors

Microphone array can be used in sound source localization and separation. But gain, phase, and position errors can seriously influence the performance of localization algorithms such as multiple signal classification （MUSIC） algorithm. In this paper, a new calibration method for microphone array with gain, phase, and position errors is proposed. Unlike traditional calibration methods for antenna array, the proposed method can be used in the broadband and near-field signal model such as microphone array with arbitrary sensor geometries in one plane. Computer simulations are presented and simulation results show the new method having good performance.     

基于内插阵列变换的非圆信号MUSIC算法

针对非圆信号的波达方向(DOA)估计问题,提出一种基于内插阵列变换的非圆信号MUSIC算法(VIA-NC-MUSIC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奇异值分解(SVD),利用信号子空间与噪声子空间的正交性,得出算法的空间谱函数。仿真实验表明: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非圆信号MUSIC算法(NC-MUSIC算法)相当的估计性能,保持了高估计精度、阵列扩展能力等优点。     

基于TD-SCDMA无线定位虚拟线阵四阶累量修正MUSIC算法的研究

无线定位的圆-角定位技术中,DOA估计极其重要。本文针对基于TD-SCDMA智能天线预处理后的虚拟均匀线阵MUSIC算法带来的阵列孔径小,抗阵元误差扰动性差的不足,研究了基于模式空间虚拟均匀线阵四阶累量的MUSIC算法,由于虚拟线阵四阶累量MUSIC算法的应用范围局限于独立的信号源的DOA估计,不能用于相关信号源DOA估计,因而提出了基于模式空间虚拟均匀线阵四阶累量的修正MUSIC(FOC-MMUSIC)算法,有效地拓展了阵元孔径,改善了系统抗阵元误差扰动和算法对相关信号源DOA的估计性能。     

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。     

MUSIC及其改进算法的研究与实现

研究了用于阵列信号处理领域的重要分支,即信号到达角估计的几种MUSIC算法。阐述了经典MUSIC算法、前后向空间平滑MUSIC算法、改进MUSIC算法的原理。采用Matlab进行的仿真表明,经典MUSIC算法对于非相干信源的到达角估计具有良好的性能,但不能用于相干信源的到达角估计;前后向空间平滑MUSIC算法使可估计信源数减小、计算复杂度较高;改进MUSIC算法性能最好,不影响非相关信源的估计,也无明显计算量增加。几种算法在到达角估计中有各自的优缺点。     

PERFORMANCE ANALYSIS OF THE MUSIC ALGORITHM IN THE PRESENCE OF AMPLITUDE AND PHASE ERROR

This paper presents the performance analysis of the MUSIC algorithm in the presence of channel amplitude and phase Error. Theoretical expression for the error of DOA estimating with MUSIC algorithm and Cramer-Rao bound are derived. It is compared with simulations performed for some representative cases. The results of theoretical expression and simulation show that existence of these errors will increase the error of DOA estimating and degrade its performance.     

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。      

Mitigating array sensor malfunctions with mixed second and fourthorder statistics

The authors propose a modified MUSIC algorithm which employs mixed second and fourth order statistics. When an array suffers from sensor malfunction, higher order statistics are used to extend the effective aperture of the faulty array. Simulation results support the potential of this approach which maximises the additional information available in fourth order statistics, while retaining the statistical reliability of second order sample estimates