分布式信源二维波达方向快速跟踪算法

在无线通信、雷达和声纳等许多实际应用场合,存在大量的移动分布式信号源,跟踪其二维波达方向（direction-of-arrival, DOA）非常重要。针对相干分布源,利用两个平行的均匀线阵,提出了一种二维DOA快速跟踪算法。该算法利用逼近幂迭代子空间跟踪算法更新分布源的信号子空间,并由新的信号子空间估计分布源的中心方位角和中心俯仰角。该算法跟踪性能良好,计算复杂度低且满足全局收敛。此外,算法能够跟踪多个分布源并且与分布源的具体角分布形式无关。仿真结果证实了算法的有效性。     

改进MUSIC算法对信号DOA的估计

MUSIC算法能有效地估计出独立信号源的DOA，并且在模型准确的前提下，对DOA的估计可以达到任意精度；但对相干信号源和相隔比较近的小信噪比信号源，MUSIC算法就不能估计出它们的DOA了。这里通过理论推导提出了一种改进MUSIC算法，计算机仿真的结果表明了该改进MUSIC算法既能够有效地估计出独立信号源的DOA，也能有效地估计出相关信号源和相隔比较近的小信噪比信号源的DOA，从而证明了这种改进MUSIC算法的合理性。     

独立信号和相干信号DOA估计新方法

传统的波达方向(direction of arrival, DOA)估计算法在独立信号和相干信号同时存在时往往失效或者性能下降;因而寻求可以同时估计独立信号和相干信号的测向算法具有重要意义。基于均匀线阵接收到信号的特点,提出了一种简单有效的独立信号和相干信号DOA估计新方法。该方法首先利用求根多重信号分类(root-mutiple signal classification, root-MUSIC)算法进行DOA估计,并根据相干源对应根的特点来消除相干信号的干扰,从而获得独立信号的波达方向;然后利用阵列接收数据协方差矩阵中独立信号的托普利兹(Toeplitz)特性,从中去除独立信号的数据分量,再利用改进矢量重构和总体最小二乘-旋转不变子空间(total least squareestimation of signal parameters via rotational invariance technique, TLS-ESPRIT)算法来估计相干信号的波达方向。理论分析和实验仿真结果表明,所提方法具有一定的阵列扩展能力,且计算量小、估计性能好。     

基于噪声圆形特性的宽带相干信号DOA估计方法

针对色噪声下基于差分去噪的宽带相干信号波达方向(direction of arrival, DOA)估计方法对相干信源数有限制的问题，提出一种基于噪声圆形特性去噪和Toeplitz矩阵重构的估计算法。首先，对接收到的信号求取协方差矩阵，利用噪声的圆形特性消除噪声。为达到对协方差矩阵进行Toeplitz矩阵重构的要求，通过协方差矩阵相乘来构造新的数据协方差矩阵。然后，通过Toeplitz矩阵重构来解相干。最后，利用旋转子空间算法准则构造聚焦矩阵，使用传播算子算法实现DOA估计。理论分析及仿真实验验证了该算法的有效性，该算法对相干信源数的奇偶没有限制，同时该算法也适用于高斯白噪声下宽带相干信号DOA估计的场景。     

基于二维干涉式APES算法的分布式相参阵盲DOA估计

结合干涉雷达的天线结构和二维波达方向（direction of arrival, DOA）估计方法,提出一种基于二维干涉式幅相估计的分布式相参阵盲DOA估计算法。利用二维干涉式幅相估计算法的空间谱和模型阶数选择准则获得目标个数和目标方向余弦的粗估计;使用子阵间的相位中心偏移来获得目标方向余弦的精估计;针对分布孔径带来的测角模糊问题,采用双尺度解模糊算法实现分布式阵列的高精度方向估计。仿真结果验证了分布式相参阵的高精度测角性能及所提算法的有效性,也验证了分布阵DOA估计中存在基线模糊门限。     

基于广义斜投影的高分辨波达方向估计

针对来波信号功率不同情形下的波达方向估计问题,构建广义斜投影算子自适应抑制接收数据中非期望方向的接收信号,同时自适应调节空间谱加权系数,平衡强弱信号的空间谱峰。通过干扰抑制和空间谱估计的同步处理,实现信号源波达方向(direction of arrival, DOA)的高分辨估计,且避免弱信号的谱峰被强信号谱峰遮盖的问题。理论分析与仿真表明,所提方法在信号功率不同时,对弱信号的DOA估计具有更强的鲁棒性,可有效地实现对不同方向来波信号的高分辨DOA估计,降低信号功率不同带来的影响。且随着快拍数及信噪比的增加,DOA估计方差逐渐逼近相应的克拉美罗界下限。     

频率捷变的相控阵雷达目标多径DOA估计算法

介绍了频率捷变在相控阵雷达目标多径DOA估计中的应用,并采用修正的MUSIC算法(MMU-SIC)以提高多径信号DOA估计性能。频率捷变不仅可以去掉直射信号与反射信号的相关成分,而且可以消除严重的信号对消现象。而修正的MUSIC算法则可以将相关信号源的相关性大大降低,从而改善了传统MUSIC算法对相关信号源的DOA估计性能。     

虚拟波束四阶累积量DOA估计方法

为满足复杂干扰场景和阵列误差因素影响下雷达微弱目标信号精确测向需求,提出一种基于均匀线阵构建虚拟波束,替代阵列接收信号进行四阶累积量(fourth-order cumulant, FOC)波达方向(direction of arrival, DOA)估计的算法。该算法包括两个关键步骤：一是利用阵列接收信号特征分解的方法,对信号主信息分量进行提取,并以构建的虚拟波束为输入,计算FOC矩阵;二是针对主分量虚拟波束波瓣外的起伏,利用高斯窗修正波束方向图的方法,进一步提升空间谱函数的估计精度。仿真结果表明,该方法在存在阵列误差的非理想因素下,对复杂电磁干扰场景下的目标信号DOA估计精度较现有FOC方法提高150%以上,尤其对于场内同时存在多个非等功率源信号时,所提方法对低信噪比目标DOA估计精度提升效果优势明显,对复杂干扰环境下DOA估计精度更高、适应性更强。     

采用信号子空间稀疏表示的DOA估计方法

利用目标辐射源空间分布的稀疏性,提出了一种基于稀疏表示的多快拍联合波达方向(direction of arrival, DOA)估计方法。该方法首先利用采样数据矩阵大奇异值对应的左奇异向量估计信号子空间,然后采用加权迭代最小方差方法对信号空间进行稀疏表示。与传统的角度高分辨估计方法不同,该方法没有利用样本的统计信息,因而对具有任意相关性的信号源能进行有效的波达方向估计,不需要进行去相关处理,且具有很高的分辨力及估计精度。实验表明在该方法能准确的对目标源方位进行估计,且极大地降低了稀疏表示的计算量。     

基于Unitary ESPRIT的圆和非圆信号联合DOA估计

基于非圆信号的Unitary ESPRIT(NC Unitary ESPRIT)算法,与unitary ESPRIT相比,明显提高了DOA估计的精度,并且可以处理更多的入射波。但是,在对多个入射波进行DOA估计的时候,更常见的是入射波既包含圆信号又包含非圆信号情形,而NC Unitary ESPRIT算法不能很好地进行这类信号的DOA估计。在分析两种信号共同存在时的信号模型结构的基础上,提出了一种新的同时估计圆信号和非圆信号DOA的unitary ESPRIT算法,并且该方法能够区分出圆信号和非圆信号。计算机仿真表明了所提出的方法比unitary ESPRIT方法有更好的估计效果,并且信号源中非圆信号所占的比重越大,估计效果越好。而当入射波均为非圆信号时,提出的算法性能与NC Unitary ESPRIT相似。     

单次快拍波达方向矩阵法

提出了一种新的基于阵列系统单次快拍数据的相干信源二维波达方向(direction of arrival, DOA)快速估计方法--单次快拍波达方向矩阵法(single snapshot DOA matrix method, SS-DOAM)。该方法保持了原DOA矩阵法无需二维谱峰搜索和参数配对的优点,利用阵列系统结构特点,构建单次快拍数据矩阵,通过对单次快拍波达方向矩阵进行特征分解,解决了二维DOA估计问题并实现了相干信源完全解相干。由于该算法只利用一次快拍数据,不需要快拍累计和进行相关运算,计算复杂度大幅降低,适用于对二维DOA估计实时性要求高的应用背景。针对单快拍算法在低信噪比时估计误差较大的问题,进一步提出了利用同相数据叠加来改善估计精度的对策。仿真结果证明了该方法的有效性。     

空间相关信号源高分辨处理的Toep-MUSIC改进算法

针对空间信号源相关时波达角(direction of arrival,DOA)估计算法对信源的分辨力随信源间相关性增加而降低的问题,提出了基于Toeplitz矩阵的多重信号分类算法(Toep-MUSIC)的改进算法。改进算法利用信源间相关性和信噪比对子空间类DOA估计算法分辨力的影响,在Toep-MUSIC算法基础上,通过对Toeplitz重构矩阵的处理,改变了等效信源的相关系数和信噪比,从而使DOA估计分辨力得到提高。通过仿真实验证明了算法的有效性。     

基于矩阵重构的非相干分布源参数估计方法

针对现有非相干分布源参数估计算法计算量大等问题,提出了一种新的DOA和角度扩展估计算法.该算法利用空间频率近似模型下的非相干分布源协方差矩阵的结构特点.协方差矩阵可分为相位信息矩阵和幅度信息矩阵.对相位信息矩阵进行重构,对重构后的协方差矩阵利用MUSIC等传统方法即可实现DOA的估计;对幅度信息矩阵的各主次对角线上的元素均进行平滑得到幅度信息平滑向量,估计得到的DOA代入幅度信息中即可得到角度扩展的估计,从而实现非相干分布源DOA和角度扩展分离估计.计算机仿真验证了算法的性能.     

基于ESPRIT的多基线分布式阵列DOA估计方法

为了提高分布式阵列在低信噪比（signal-to-noise ratio, SNR）条件下的波达方向(direction-of-arrival, DOA)估计性能,同时放宽阵列物理孔径扩展程度的限制,提出了一种基于旋转不变子空间（estimation of signal parameters via rotational invariance techniques, ESPRIT）的多基线分布式阵列DOA估计方法。该方法通过优化分布式阵列结构,在子阵间使用多基线结构布阵,结合ESPRIT算法和多步解模糊方法得到多基线分布式阵列的高精度无模糊DOA估计。此外,利用最大后验概率准则近似法分析分布式阵列DOA估计的门限效应,给出了SNR门限和基线长度门限的近似计算方法。计算机仿真结果验证了所提方法的有效性。     

基于互质阵虚拟阵列空间平滑的相干信号DOA估计方法

针对相干信号波达方向(direction of arrival,DOA)以空间平滑方法为基础的算法中阵列孔径损失严重以及低信噪比环境下算法估计性能较差等问题,提出一种无需信源数先验信息的互质阵列相干信号DOA估计方法.首先,对互质阵列得到的协方差矩阵矢量化,在虚拟阵元空洞位置内插天线零元,重构协方差矩阵为Toeplit...     

一种不依赖超参数的稀疏信号单快拍DOA估计方法

基于传感器阵列输出模型的稀疏重构, 研究了利用单快拍数据进行相干信号波达方向(direction-of-arrival, DOA)估计的问题。定义一个干扰协方差矩阵作为权矩阵, 通过加权最小二乘(weighted least squares, WLS)准则的迭代自适应求解, 实现单快拍DOA高精度估计算法, 简称WLS-IAE算法。详细分析了算法的计算复杂度, 并与经典的稀疏估计类算法进行比较。结果表明作为一种稀疏表示类估计方法, WLS-IAE算法不仅保持了在低信噪比、单快拍、信号相干、信号DOA角度间隔小等非理想条件下的良好估计性能, 而且无需选取超参数, 计算复杂度更低, 具有更强的实时性, 适用于快变目标信号DOA的实时跟踪测量, 具备潜在的工程实用价值。仿真实验验证了提出算法的有效性。     

一种新的基于粒子群算法的DOA跟踪方法

针对信号源方向时变情况,分析了样本协方差矩阵的更新,在此基础上提出了一种基于粒子群算法的跟踪方法。该方法直接利用性能优越的最大似然估计器,避免了子空间跟踪类方法需要不断重复的协方差矩阵分解;同时通过锁定目标、大幅度缩小搜索范围和运用群智能搜索,有效降低了算法的计算量。仿真结果表明,与子空间跟踪类算法相比,该方法具备解相干的能力和较好的跟踪精度,并且能够保证算法的实时性。