基于特征分解的多目标定位系统仿真实验研究

基于特征分解的高分辨方位估计（DOA）算法是一类性能良好的目标定位方法,具有良好的工程应用前景。针对水下阵列信号处理的实际应用,在多目标定位的多处理器硬件系统中,实现了阵元域和波束域两类高分辨DOA算法,在VisualDSP＋＋仿真环境中对水池实验数据进行了仿真实验研究,对算法的运算时间和方位估计的性能进行了分析。结果表明,该系统能够较好的完成各种高分辨方位估计算法,具有良好的方位估计性能和实时处理能力,波束域方法性能优越,满足了工程技术要求。     

基于非圆信号的波束域共轭MUSIC方法

针对非圆信号形式,对传统的波束域MUSIC方位估计方法进行重构,提出了波束域共轭MUSIC方法来进行相干信号的波达方向估计.该方法充分利用非圆信号的特性,从阵列接收数据构造共轭对称的Toeplitz矩阵,将其作为伪协方差矩阵,使用波束域MUSIC算法进行处理来得到目标的方位估计值.该方法可以避免常规波束域MUSIC方法使用空间平滑预处理后损失阵列孔径,而导致可测的信号源数减少的问题.仿真表明,该方法在较少快拍数下,无需空间平滑就可以检测多个相关信号,其性能优于使用空间平滑技术的常规波束域MUSIC方法.     

低频共形阵的宽带波束域高分辨方位估计方法

针对共形布阵技术,提出了适用于低频共形基阵的宽带波束域高分辨方位估计方法。首先利用基于二阶锥规划的波束优化技术设计适用于低频共形基阵的宽带恒定束宽波束形成器,然后用设计好的波束形成器对基阵输出数据进行空域预滤波,使宽带信号的不同频率分量能无失真地通过,同时抑制旁瓣区的干扰,最后针对滤波后的多波束输出采用波束域高分辨方位估计方法估计目标方位。由于基于二阶锥规划技术设计恒定束宽波束形成器仅需要对主波束进行拟合,提高了设计精度,减小了聚焦误差,从而提高了方位估计的性能。计算机仿真和湖上实验数据处理结果验证了该方法能有效地估计出水下低频宽带目标声源的方位。     

基于波束域预处理的MIMO雷达MVDR波束形成算法

传统的MIMO雷达的发射阵列通常进行全向发射,而感兴趣的目标往往集中在较小的空域范围内,全向发射就造成了大量的功率浪费,从而导致波束形成器的输出信干噪比降低,针对这一不足,提出了一种基于发射波束域预处理的MIMO雷达MVDR波束形成算法.该算法首先利用二阶锥规划设计出波束域矩阵,通过发射波束域预处理使发射功率聚集在感兴趣的区域,同时保持预处理后的导向矢量的旋转不变性,然后利用MVDR算法进行自适应波束形成.仿真结果表明:波束域预处理提高了发射功率的利用率,因此,在发射功率相同的条件下,基于发射波束域预处理的MIMO雷达MVDR波束形成器具有更高的输出信干噪比.     

自适应波束域高分辨方位估计新方法

提出了基于均匀线列阵的自适应波束域MUSIC(ABMUSIC)法,它利用原有多波束系统的输出估计目标的分布区间,根据目标的空间分布情况自适应形成波束转换矩阵,并让形成的空间波束的主瓣覆盖目标所在的空间区域。ABMUSIC法形成的波束不仅能随目标的空间分布自适应调整波束的指向性和密集度,而且只在目标分布的空间区域形成波束,提高了信噪比。进行了相干和不相干情况下的性能仿真比较,结果表明:在相干和不相干情况下,ABMUSIC方法的高分辨估计性能都明显优于BMUSIC和MUSIC,并且不增加运算量,具有重大工程应用价值。     

空时编码阵波束域超分辨角度估计方法

空时编码阵(space time coding array,STCA)雷达通过在相邻阵元间引入时间延迟,在发射单一波形的条件下可实现全向空域的有效覆盖,工程上易于实现。针对STCA雷达体制,提出了一种基于发射维空间自由度的波束域超分辨角度估计方法。通过分析STCA多维模糊函数,设计了接收端的角度时间二维匹配滤波器,因而在接收端等效形成发射多波束,获得发射维空间自由度,进而设计相应的波束域搜索导向矢量,基于波束域多重信号分类 (multiple signal classification, MUSIC)算法实现了STCA等效发射端的超分辨角度估计。仿真结果验证所提方法的有效性。     

基于方位向门限的FMCW MIMO雷达波束形成成像算法

针对传统波束形成算法的旁瓣效应在调频连续波多输入多输出(frequency modulated continuous wave multiple-input multiple-output,FMCW MIMO)雷达的成像结果中造成的方位向虚警问题,提出了一种基于方位向门限的改进成像算法。首先从原始数据中分别提取目标的距离向、方位向信息,然后单独将方位信息归一化之后使用门限检测实现了对方位向虚假目标的抑制,最后结合距离向信息与方位向信息得到了成像结果。仿真成像实验证明,该方法能使得成像结果中的虚警概率明显降低,外场实验的成像结果进一步验证了所提出算法出色的成像性能。     

基于频域多目标测向的星载赋形天线调零算法

为了保证通信卫星在人为电磁干扰及复杂电磁环境下的正常工作,给出了一种用于星载赋形天线的频域多干扰目标测向及调零方法。该方法首先采用频域多目标测向算法实现多干扰源的方向估计;然后基于估计出的干扰源到达方向,采用带主波束保形的波束置零算法,以达到对主波束保形和多个干扰进行抑制的目的,较好地兼顾了调零深度与主波束保形效果这两个方面;最后分析了有多个干扰时该方法的性能。仿真结果和性能分析验证了该方法的有效性和可行性。     

#br# 近场宽带LFM信号被动测向和测距方法

提出了一种采用分数阶傅里叶变换的聚焦波束形成被动定位方法,实现了水声近场宽带线性调频(linear frequency modulated, LFM)信号的被动测向和测距。建立了基于球面波模型的近场宽带LFM信号接收数据模型,应用分数阶傅里叶变换(fractional Fourier transform, FRFT)将LFM信号的时变阵列流形矩阵变换为固定阵列流形矩阵,结合近场声源的聚集波束形成技术,利用多重信号分类算法实现了对多个宽带LFM信号的方位与距离联合估计。数值仿真验证了该方法对水声目标方位和距离估计的有效性,并仿真分析信噪比、声源距离、声源个数等对该算法性能的影响。     

加权直接数据域波束形成

为解决直接数据域(direct data domain,DDD)算法波束形成旁瓣电平高的问题,在约束优化的基础上提出了加权DDD波束形成算法.加权算法首先根据波束指向或者预成波束方向给出合适的主瓣宽度,然后在旁瓣区域约束最高旁瓣电平的高度,达到旁瓣抑制的效果.仿真分析了固定旁瓣电平变化主瓣宽度和固定主瓣宽度变化旁瓣电平两种约束优化形式.结果表明,加权DDD波束形成具有良好性能,能在预设主瓣宽度略宽于原波束主瓣宽度时,旁瓣电平能够满足预设要求.     

波束空间DoA算法性能综合分析

针对波束空间谱估计算法进行深入系统地研究,给出了基于波束空间预处理算法的内在关系及统一表达式,这一表达式在空间谱估计算法统一框架的基础上,揭示了波束空间预处理算法间的相互关系,有利于波束空间算法的推广应用。最后通过计算机仿真实验,从波束增益、理论性能和统计性能3个方面比较了各种不同波束空间算法的性能,并给出了一些计算机仿真结果和结论。     

自适应阵列处理典型算法的内在关系与统一框架

从经典维纳滤波器出发,以自适应干扰对消为纽带,推演出各种自适应阵列处理算法的等效原理。推导出降秩自适应滤波的统一算法结构,并提出线性约束正交投影算法。据此得出自适应阵列处理典型算法的内在关系,提出自适应阵列处理的统一框架,从而把单一约束和多线性约束(甚至静态方向图约束)、满秩和降秩、单级维纳滤波和多级维纳滤波有机统一起来,把对特殊干扰环境(相干干扰环境等)及期望信号特性(高阶累计量、循环平稳性等)下的处理视作预处理,构建起自适应阵列处理的统一理论基础。     

联合正交投影与盲波束形成的干扰抑制方法

针对L频段数字航空通信系统1(L-band digital aeronautical communications system 1, L-DACS1)以内嵌方式部署在航空无线电导航频段而产生的高强度测距仪脉冲信号干扰正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)接收机的问题,提出联合正交投影与盲波束形成的干扰抑制方法。接收机首先通过将接收信号矢量投影到干扰信号正交补空间的方法消除高强度测距仪脉冲干扰,然后利用OFDM信号循环前缀的对称特性,基于期望信号与参考信号矢量内积度量最大化准则得到波束形成权值,并通过波束形成方法提取OFDM直射径信号。计算机仿真表明:论文提出方法可有效克服测距仪脉冲及OFDM散射径信号的干扰,提高L频段数字航空通信系统1的链路传输的可靠性。     

基于两步空域滤波的GSM辐射源雷达干扰抑制

在基于全球移动通信（global system for mobile communication,GSM）信号的外辐射源雷达中,不仅有能量很强的基站直达波和强多径干扰,同时还存在大量的弱干扰,单独利用自适应波束形成和低副瓣技术很难完全有效抑制所有的干扰信号。提出一种基于两步空域滤波的GSM辐射源雷达干扰抑制方法,首先利用低副瓣技术对弱干扰进行抑制,然后利用一种稳健的自适应波束形成方法对残留的强干扰信号作进一步抑制,计算机仿真结果验证了本文方法的有效性。     

基于自适应抗干扰技术的辐射发射现场测量方法

提出了一种具有干扰抑制效果的外场辐射发射测试新方法。该方法通过获取多通道接收数据,利用多重信号分类(multiple signal classification, MUSIC)算法获取受试设备的辐射信号和现场其他干扰信号的波达方向,并采取最小方差无畸变波束形成算法在干扰信号来向形成阵列天线方向图的“零陷”,从而实现对干扰信号空间抑制。结合短时傅里叶变换方法,对不同体制的干扰信号的抑制效果进行时频域仿真。结果表明,该方法在保证受试设备辐射特性无失真的情况下,既能同时抑制多个干扰源,又能有效抑制同频干扰和宽带干扰。     

主瓣干扰下的自适应旁瓣对消算法设计

与基于全阵列的自适应波束形成算法相比,旁瓣对消(multiple side lobe canceller,MSLC)技术具有计算量小、性能稳健的优点。一般旁瓣对消系统要求在进行权值调整时,主瓣方向无信号入射,否则系统方向图将发生畸变。提出了基于子阵列数据差分的旁瓣对消系统设计思路,即利用线性阵列性质来改变主辅天线信号相关性,消除主瓣入射信号影响。在此基础上,针对干扰情况的不同,提出了更实用的多级差分旁瓣对消和反馈差分旁瓣对消技术。仿真结果表明,所提算法在不同信号环境下,均能有效抑制旁瓣干扰,同时保持主瓣方向图不发生畸变,具有很好的稳健性。     

基于改进d-Xdraw算法的起伏地形下异构多传感器分簇部署方法

为解决起伏地形环境下异构多传感器网络表面覆盖问题,提出了多传感器多阶段分簇部署方法。首先,考虑地形遮挡效应,给出了起伏地形环境下的传感器侦察与通信模型。其次,为快速获取传感器覆盖范围,构建了基于视线交点相似性判断的改进型d-Xdraw可视域求解算法。然后,为增强覆盖率,采用分簇部署策略,将传感器部署过程分为多个阶段,并结合各阶段特点分别采用微粒群和改进虚拟力算法进行求解。实验表明,改进d-Xdraw算法能够在牺牲少量精度的同时,有效提升可视域的求解速度;相较于传统的直接优化部署方法,多阶段分簇部署方法可节省最多26.7%的运算时间,覆盖率可提升10.9%。     

基于遗传矩阵伴随求逆算法的抗干扰技术

为有效克服权值失配引起波束畸变的影响,提升卫星导航抗干扰的能力,提出了一种遗传矩阵伴随求逆算法,并用硬件实现了该算法。该算法利用上个时刻的协方差矩阵,结合新环境的特征估计下个时刻的协方差矩阵,使矩阵之间具有遗传特性,估算得到稳健的权值。1 000次蒙特卡罗仿真表明,该算法与采样矩阵求逆算法相比,具有更好的鲁棒性,波束畸变形成寄生零陷的增益平均深度减少了15 dB,降低了在抑制干扰时对卫星信号的影响。实测中,该算法相较于采样矩阵求逆算法对双干扰的抑制干信比提升了7~9 dB。仿真和实测的结果表明,该算法对卫星导航抗干扰性能改善效果明显。     

基于热干扰的管路自动敷设算法

基于热干扰分析,提出一种管路自动敷设算法。该算法以预处理和优化搜索为基本框架。在预处理阶段,利用混沌理论和热分析原理,建立基于热干扰分析的预处理模型。三维管路敷设空间经过预处理模型处理,有效地降低管路自动敷设算法的求解复杂度并保障了管路敷设的热安全性。在优化搜索阶段,通过改进蚁群算法,给出了高效的管路自动敷设算法。通过对比实验表明改进蚁群算法有效地增加了种群的多样性。最后,实例验证表明该算法的有效性和实用性。     

基于多小波变换的GPR图象去噪方法研究

探讨了多小波函数及其预处理方法对探地雷达(ground penetrating radar-GPR)图象去噪性能的影响，在Donoho D L和Johnstone IM提出的小波阈值去噪方法的基础上提出了一个改进的阈值函数，并对实际的GPR图象进行阈值化处理和对比分析，结果表明选取合适的预处理方法，采用DGHM和STT多小波对GPR图象去噪可获得比其他方法更好的效果。