一种DOA估计新算法及其求根形式

由于受到实际中所用阵列孔径的限制,现有DOA算法所能分辨的信源数以及能达到的谱分辨率一直不高。在入射信号具有非圆对称特性的时候,证明可以利用信号的该种特性,对原阵列进行有效的扩展,并且在此基础上提出了一种新的DOA估计算法及其求根形式。指出在相同的条件下,所提出的新算法及其求根形式有着比MUSIC算法更好的DOA估计性能,并且能对更多的信号进行DOA估计。计算机仿真试验进一步证明了这一结论。     

非圆信号与圆信号混合入射的DOA估计算法

利用非圆信号的非圆特性可以提高波达方向估计算法的性能,然而现有算法大多不适用于非圆信号与圆信号混合入射这样具有一般性的情况。通过分析混合入射信号的导引矢量所需要满足的约束条件,指出现有算法在信源数较多或低信噪比及低快拍数时会产生伪峰这一现象, 并分析产生原因,同时给出一种改进的方法。通过仿真可以看出,改进算法在保证可以同时估计所有信号波达角的基础上,还可以较好地抑制伪峰的产生,并且相对于传统算法提高了精度。     

锥面共形阵列非圆信号2D-DOA估计

针对常用锥面载体的单曲率特性,结合合理的阵元布局和利用非圆信号非零椭圆协方差特性,提出一种锥面共形阵列天线非圆信号盲极化二维波达方向(two dimensional-direction of arrival, 2D-DOA)估计方法。该方法基于非圆-旋转不变子空间(non-circular estimation of signal parameters via rotation invariant technique, NC-ESPRIT),充分利用非圆信号的阵列扩展性,将DOA与极化参数去耦合,在此基础上,对俯仰与方位角度参数分维处理,在未知极化参数的情况下,实现了2D的分维估计。针对相干源情况,推导了锥面共形阵列非圆信号解相干空间平滑算法,通过解相干预处理,保证了所提算法对相干信号的适用性,扩展了算法的应用范围。计算机仿真实验表明,所提方法在信噪比较低(小于10 dB)时,较之已有算法大大提升了DOA估计精度,达到了较好的效果。     

基于辅助阵元法的非圆信号实值MUSIC算法

针对非圆信号波达方向(direction of arrival, DOA)估计算法在工程应用中受阵列误差影响的问题,基于辅助阵元法的基本原理,并结合非圆信号的特征提出了一种基于辅助阵元法的非圆信号实值多重信号分类(multiple signal classification, MUSIC)算法。该算法利用非圆信号输出阵列的实值扩展方式,既提高阵元输出信号的使用率,也减少算法的计算量。同时详细推导了获取信号DOA估计的数学表达式,并对所提算法进行了仿真实验。实验结果验证了该算法的有效性。     

复杂信号环境中非圆信号的个数估计

针对阵列接收信号中可能同时包含有圆信号和非圆信号,因而很难直接分别估计两类信号源个数的情况,提出了一种基于阵列扩展协方差矩阵特征值分解的解决方法。该方法通过分析观测数据扩展协方差矩阵的结构,特别是其特征值的分布规律,直接得到了复杂信号环境中圆信号和非圆信号个数的估计结果。通过仿真实验验证了各种阵列参数变化时新方法的可靠性。     

非圆信号的DOA与阵列误差参数的联合估计性能界

为了确定非圆信号波达方向(direction-of-arrival,DOA)估计中参数化校正的方差下限,基于阵列误差影响下的随机性非圆信号模型与联合信源时域自相关特性的非圆信号模型,分别推导了DOA参数与阵列误差参数的联合估计克拉美罗界(Cramer-Rao bound, CRB)。通过将推导的非圆性能界与未利用非圆特性的性能界进行对比分析,理论证明了非圆性能界比未利用非圆特性的性能界更低,且两者的差异在低信噪比和大非圆率信号入射的情况下较大。实验结果不仅验证了理论分析的正确性,同时表明信源时域自相关信息有助于进一步提升阵列误差的校正精度。     

基于双模天线阵列的ESPRIT波达方向估计

考虑阵列信号波达方向(DOA)估计问题,提出了一种基于双模天线阵列的模式域旋转不变参数估计(ESPRIT)算法.与传统空域ESPRIT相比,模式ESPRIT的旋转因子仅与信号DOA有关而与阵列结构无关,因而无需阵元位置信息,也无需阵列存在空间匹配子阵.若阵元位置信息精确已知,还可利用空域稀疏采样获得无模糊多尺度DOA估计.计算机仿真结果验证了算法的有效性.     

一种稳健的非圆信号波达方向估计算法

为了充分利用非圆信号的特性,提高非圆信号波达方向估计的性能,针对最大非圆率信号,提出了一种稳健的波达方向估计算法。首先,构造两个包含信号非圆信息的四阶累积量矩阵;然后,利用这两个矩阵的旋转不变关系实现信号的波达方向估计;最后,在存在通道幅相误差模型下分析了算法的稳健性,并推导出只要令接收通道中任意两个通道保持一致,算法就能得到正确的波达方向估计。仿真实验表明,算法的测角精度得到提高,并且算法对通道幅相误差具有稳健性。     

单基地MIMO雷达降维酉ESPRIT算法

波达方向(direction of arrival, DOA)估计问题是单基地多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达信号处理中的一个关键问题。在低信噪比、低快拍数的情况下,常规DOA估计算法的性能会严重下降。针对此问题,提出一种新的DOA估计算法：降维酉旋转不变性信号参数估计技术算法。该算法首先通过降维变换将MIMO雷达数据变换至低维信号空间,然后在该低维信号空间构造实值旋转不变性方程估计目标的DOA。仿真结果表明该方法能够在低信噪比、低快拍数的环境下获得较常规ESPRIT方法更高的DOA估计精度,同时具有更低的运算量。     

一种自适应ESPRIT算法

运用特征子空间方法的关键在于信号或噪声子空间的估计.实际上有些信号的统计特性通常随时间变化,为得到参数的实时估计值,需要随时根据新的阵列接收数据对信号或噪声子空间进行更新.首先建立了用于信号到达主向(DOA)估计的SVD-ESPRIT算法,然后利用受限摄动分析提出了一种子空间跟踪算法.将该跟踪算法与SVD-ESFRIT算法相结合,得到的自适应ESPRIT算法可用于对时变的信号DOA进行跟踪估计.仿真计算结果验证了该算法的有效性.     

快速酉ESPRIT方法

酉ESPRIT方法虽然能以较小的计算代价改善标准ESPRIT方法的参数估计性能 ,但仍需计算实数矩阵的奇异值。提出了一种基于酉变换的信号子空间快速近似方法。该方法在数据矩阵酉变换的基础上 ,有理近似估计信号子空间 ,利用均匀线阵的中心对称性 ,使矩阵运算变为实数运算 ,无需奇异值分解 ,大大减小了运算量。仿真实验表明 ,该方法的参数估计性能接近酉ESPRIT方法 ,优于标准ESPRIT和有理近似ESPRIT方法。     

分布式nested阵列及其高精度DOA估计

为了进一步提高分布式阵列的自由度和分辨力,提出一种分布式nested阵列。该阵列将nested阵列作为分布式阵列的子阵。基于Khatri Rao积, nested子阵可提高整个阵列的自由度。分布式nested阵列以较少的阵元数及硬件成本实现大的孔径和较高的分辨力,而且提高了目标波达方向(direction of arrival, DOA)估计的精度。并利用基于Khatri Rao积的空间平滑酉旋转不变子空间(estimation of signal parameters via rotational invariance techniques, ESPRIT)算法进行DOA估计。其先对协方差矩阵向量化提高自由度,然后利用空间平滑对新数据协方差矩阵进行秩恢复,最后使用双尺度酉ESPRIT算法得到DOA估计。仿真结果证明所提方法的有效性。     

基于酉变换ESPRIT的相干信源DOA估计算法

为了增强重构Toeplitz矩阵算法的估计性能,降低计算复杂度,提出了适用于相干信源波达方向估计的Toep UESPRIT算法。它使用利用旋转不变性的信号参数估计代替多重信号分类,避免了谱搜索,并且在构造Toeplitz矩阵的基础上,两次构建centro Hermitian矩阵,利用酉变换将复数域的特征值分解和总体最小二乘问题的求解实数化,使计算量大大降低。同时,由于centro Hermitian矩阵的构造过程重复利用了接收数据,估计精度得到大幅提高。实验仿真和分析证明了该算法的正确性和有效性。     

冲击噪声背景下宽频段信号三维参数的估计

提出了一种基于协变异矩阵的宽频段信号频率和二维到达角联合估计的算法。在冲击噪声环境下,该算法能精确地估计宽频段信号的三维参数,无需多维谱峰搜索和参数配对过程。另外,利用L型阵列的分维特点和ESPRIT算法进一步处理,成功地实现了具有频率兼并现象的宽频段信号的三维参数估计。计算机仿真结果验证了算法的有效性。     

基于传播算子的非圆信号实值测向方法

针对现代通信系统大量使用的二相相移键控、调幅等非圆信号,为了降低基于扩展传播算子的非圆信号测向算法--扩展传播算子方法(extended propagator method, EPM)的计算量,提出了EPM实值算法。该算法将阵列输出的实部和虚部拼接使用,即对EPM算法中的阵列输出矩阵进行复加权,用实运算实现了EPM算法,降低了计算量。仿真实验证明,新算法的阵列扩展能力及测向精度与EPM算法相当。     

阵列扩展用于反辐射导弹抗诱偏的研究

提出了将阵列扩展测向用于反辐射导弹(ARM)抗诱偏的思想,并提出了一种改进的ESPRIT算法:共轭增强ESPRIT(CA-ESPRIT)算法。该算法利用阵列输出的延迟相关函数及其共轭形成伪阵列输出,从而得到伪协方差矩阵,对其进行特征分解,用ESPRIT算法得到波达方向。该算法有阵列扩展作用,具有比传统的MUSIC和ESPRIT算法更高的角度分辨能力。仿真实验表明,将阵列扩展用于反辐射导弹测向可将雷达和诱饵较早地从角度上分辨开。     

一种快速的测频算法

由于ESPRIT算法结构封闭,不需要搜索过程;而且输入数据阵经过简单的矩阵变换,可以由复数域变换到实数域,利用变换后的实数数据阵的特殊结构,引入基于实数运算的特征值求解过程,其运算复杂度明显减小;再者,ESPRIT算法结构本身便于并行处理等.依据这些特点,基于ESPRIT算法,给出了一种适用于雷达的快速测频算法.仿真结果显示算法测频精度高,运算复杂度小,适用于雷达快速测频.     

基于数据矩阵分解的相干源方向估计新方法

提出一种相干源存在情况下的波达方向估计新算法。利用阵列快拍数据构造数据矩阵,相关去噪后,通过奇异值分解获得低维信号子空间的估计,然后运用ESPRIT思想估计出波达方向。无论是否存在相干源,新算法均能有效估计出波达方向,并且无需角度搜索,运算量小。该算法虽基于一维线阵,但可直接推广到具有线性性质的二维平面阵,如L形阵、十字阵、双平行线阵等。计算机仿真验证了算法的有效性