基于MUSIC对称压缩谱的快速DOA估计

为提高波达方向（direction of arrival, DOA）估计的速度、降低运算量,在分析多重信号分类（multiple signal classification, MUSIC）算法原理的基础上,利用噪声子空间降维的思想构造一维MUSIC对称压缩谱(MUSIC symmetrical compressed spectrum, MSCS)。MSCS通过构造共轭噪声子空间并对噪声子空间及其共轭子空间的交集进行奇异值分解得到,其物理实质等效于在空间辐射源的对称位置添加相同数目的镜像辐射源。理论分析和仿真实验表明,MSCS不受实际阵型的限制,能将DOA估计的计算量降至传统MUSIC算法的50%,并具有与MUSIC相当的估计精度。     

基于修正空时频分布矩阵的到达角估计

讨论了密集信号环境下,雷达侦察系统对信号到达角(DOA)的估计方法。首先对参考阵元的输出作时频分析,估计信号的频率参数,从而选择时频脊点构造方向矩阵;然后对各阵元输出求互Wigner Ville分布(XWVD)以构造修正空间时频分布(STFD)矩阵;最后用修正STFD矩阵代替传统MUSIC算法中的协方差矩阵即可求得信号的时频———MUSIC空间谱,从而得到信号的DOA。计算机仿真结果表明该算法可实现对常规雷达脉冲、线性调频信号等多种信号的DOA估计。     

基于空时频分析的多分量跳频信号DOA估计

提出了一种基于空时频分析的多跳频信号波达方向(direction of arrival, DOA)估计方法。该方法能够在欠定条件下(传感器数目小于信号数目)实现多个信号的测向。首先将信号的短时傅里叶变换(short time Fourier transform, STFT)与平滑伪魏格纳-威利分布(smoothed pseudo Wigner-Ville distribution, SPWVD)组合,利用STFT的无交叉项和SPWVD的时频聚焦性性能,得到了一种切实可行、时频图清晰稳健的分布;然后在时频域提取有效跳(hop),并建立该hop的空时频矩阵,最后分别运用线性空时频、二次空时频和root-MUSIC共三种方法估计每hop信号的DOA。仿真结果验证了方法的有效性。     

跳频信号的相参与非相参积累时频差估计方法

跳频信号载频随时间变化发生跳变, 因此跳频信号具有丰富的频域信息,而且其在时域上为连续信号, 相比单跳信号也具有更丰富的时域信息。时频差估计精度与信号在时频域上的分布情况以及信号能量和噪声有关。时差估计主要与信号频域分布有关, 而频差估计主要与信号时域分布有关。跳频信号时频域信息丰富, 多跳相参积累后, 时频差参数估计能够充分利用信号的时频域信息, 克服单跳信号时频差估计精度不高的问题。针对跳频信号的时频差估计问题, 首先分析了单跳基带信号的互模糊函数, 再从时差与频差的维度推导了多跳基带信号互模糊函数的相位差异, 最后通过频差归一化与相位对齐补偿提出了多跳信号互模糊函数相参积累的时频差估计算法。同时, 在不满足相参积累的条件下, 分析了跳频信号的非相参时频差估计方法, 并理论分析了两种跳频信号时频差参数估计方法性能与信号各参数的关系。仿真结果表明跳频信号相参时频差估计算法性能最优, 非相参方法的估计性能其次, 单跳信号的估计性能最差, 验证了理论性能分析结果的正确性。     

L阵基于降维MUSIC的二维DOA与频率估计

提出了一种L阵中基于降维多重信号分类(reduced dimensional multiple signal classification, RD-MUSIC)的二维波达方向(two dimensional direction of arrival,2D-DOA)与频率联合估计算法。该算法首先通过一维局部谱峰搜索得到接收信号频率的估计,然后利用频率估计过程中得到的参数矩阵,获得信号的2D-DOA估计。与需要进行多维全局搜索的传统MUSIC算法相比,所提算法只需一维局部搜索,算法复杂度较低。该算法同时适用于均匀L阵和非均匀L阵,且能获得配对的二维角度与频率估计。其角度与频率估计性能接近于传统的MUSIC算法以及平行因子方法,且优于借助旋转不变性估计信号参数算法和传播算子算法。     

一种无特征分解的快速子空间DOA算法

基于子空间正交特性的MUSIC算法具有优良的超分辨性能,但由于其需要对空间协方差矩阵进行特征分解,因而计算量比较大。为了降低计算复杂度,提出一种快速子空间算法。该方法利用信号特征值大于噪声特征值的特性,通过对空间协方差矩阵的高阶次幂或者空间协方差矩阵逆的高阶次幂来逼近信号子空间或者噪声子空间,从而避免了特征分解。获得噪声子空间后再采用MUSIC算法实现波达方向估计。仿真结果表明,该方法减少了计算量同时能够达到MUSIC算法的估计性能。     

强信号背景下基于噪声子空间扩充的弱信号DOA估计方法

针对强信号背景下弱信号波达方向(direction of arriaval,DOA)估计问题,提出了一种基于噪声子空间扩展的弱信号DOA估计算法。该算法提出并使用了噪声子空间扩充的思想,其先将强信号导向矢量所在空间纳入噪声子空间进而构造出扩展噪声子空间,再在该扩展噪声子空间基础上利用常规多信号分类(multiple signalclassification,MUSIC)算法得到弱信号的DOA估计。通过噪声子空间的扩充有效地抑制了强信号谱峰,算法无需已知强信号方向及导向矢量,运算量与常规MUSIC相当。理论分析表明该算法对弱信号DOA估计性能不劣于对应的强信号阻塞类算法,仿真实验证实了其有效性和可行性。     

互耦效应下低复杂度的二维DOA估计算法

互耦效应会对阵列流型产生扰动并改变子阵间的旋转不变关系, 导致二维子空间类算法性能急剧下降甚至失效。传统二维波达方向(two-dimension direction of arrival, 2D-DOA)估计和互耦校正算法存在二维谱峰搜索困难、迭代寻优慢和计算量大等问题。利用均匀矩形阵列的特殊结构以及互耦系数矩阵的特点, 提出了一种互耦效应影响下能实现完全解互耦的二维旋转不变子空间算法。该算法通过合理选取3个在互耦影响下仍具备旋转不变关系的子阵列, 构建扩展的协方差矩阵, 通过一次特征分解, 即可实现2D-DOA估计和互耦抑制。从理论上证明了ESPRIT算法应用于互耦效应影响下2D-DOA估计的可行性。算法无需二维谱峰搜索和阵列互耦任何信息, 计算量得到有效降低。仿真验证了该算法能够实现稳健的2D-DOA估计, 并抑制互耦效应影响, 估计性能与无误差时的标准ESPRIT算法接近。     

基于噪声特征向量重构的地波雷达单次快拍超分辨算法

高频地波雷达在一个相参积累时间内通常只能得到频域一次快拍,利用其直接进行波达方向估计性能较差。针对这一问题,在分析时、频域协方差矩阵特征分解后差异的基础上,在频域采用降维方法估计协方差矩阵。根据频域目标信噪比相对较大的特点,利用最大特征值对应的信号特征向量构造原始的数据矩阵,并对该矩阵进行奇异值分解得到新的噪声子空间,进而构造出新的噪声特征向量,最后利用该噪声特征向量进行方位角估计。仿真和实测数据分析验证了算法的有效性,相比降维Toeplitz算法和前后向空间平滑算法有着更高的分辨力和估计精度。     

空时二维线性预测谱估计算法

线性预测是时间序列分析中常用方法,针对传统一维线性预测谱估计算法只能估计信号源角度或信号频率问题,提出空时二维线性预测算法。采取对空时二维阵列接收到的数据进行数据抽取和排列,和对数据协方差矩阵进行重新构造的方法,求取空时二维线性预测权值并进行谱峰搜索。重点分析了空时二维的前向预测、后向预测和双向预测算法的原理,着重研究了构造的空时二维线性预测协方差矩阵的数据结构,讨论了前向、后向和双向预测的相互关系以及二维与一维的关系,并与空时二维最小方差算法、空时二维多重信号分类(multiple signal classification, MUSIC)算法进行了对比与分析。理论分析与仿真表明,一维空域、一维时域算法的前向、后向和双向预测为空时二维预测算法的特例,同时空时二维预测算法不仅克服了空时二维最小方差算法、空时二维MUSIC算法不能解相干信号源的缺点,还具有很好的测向测频能力。     

基于SCA的欠定跳频网台分选方法

针对组网跳频信号在欠定条件下网台分选效果不佳的问题,提出了一种基于稀疏成分分析(sparse component analysis, SCA)的欠定跳频网台分选方法。在估计混合矩阵时,首先利用观测信号的实部与虚部方向一致性检测时频单源点,在采用S变换构造时频比矩阵的基础上,利用方差法实现了混合矩阵估计;在源信号恢复时,利用改进的子空间投影法得到源信号的时频域分离,最后可通过S逆变换得到时域分离信号,从而实现了欠定条件下的跳频网台分选。仿真结果表明，该方法有效实现了混合跳频信号在欠定条件下的网台分选且适用于跳频同步或异步组网方式,提高了分选性能和抗噪性能。     

基于时频方差聚类的FH信号参数盲估计

为解决复杂电磁环境下跳频(frequency hopping, FH)参数的盲估计问题,提出了基于时频方差聚类的算法。考虑在低信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)和定频干扰同时存在的情况下,通过短时傅里叶变换(short time Fourier transform, STFT)将信号变换到时频域,利用遗传算法对信号的时频区间进行提取,根据时频方差对其进行k-means聚类,消除噪声和定频干扰并提取时频脊线,然后运用Haar小波对该时频脊线进行奇异点检测,进而估计出FH信号的FH周期、跳速和FH频率等参数。仿真结果表明,所提算法在SNR低于-5 dB且存在定频干扰的情况下,能够实现对FH参数的精确估计,参数估计正确概率达到90%以上。     

任意阵列双基地MIMO雷达的半实值MUSIC 目标DOD和DOA联合估计

实值处理具有降低高自由度多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)雷达角度估计大计算量的优势。但受制于阵列的共轭对称性,对于任意阵列结构的双基地MIMO雷达发射角(direction of departure, DOD)和接收角(direction of arrival, DOA)联合估计,若不做附加的预处理则无法实现实值操作,故将常规阵列实值处理的多重信号分类(multiple signal classification, MUSIC)超分辨算法推广至任意阵列结构的双基地MIMO雷达。首先根据MIMO雷达的导向矢量共轭与镜像的对等性,提取接收信号协方差矩阵的实部,并对其进行特征分解得到“目标加倍”的信号子空间及其应对的噪声子空间;然后利用Kronecker积的特性对其进行降维处理,得到搜索区域减半的一维半实值域MUSIC谱,取出目标DOD真值与其镜像代入降维Capon算法来剔除虚拟峰值得到目标DOD估计真值;最后利用特征矢量得到模糊DOA估计值,采用方向余弦差最小范数方法得到目标DOA无模糊估计值。本文算法估计性能与一维搜索复数域MUSIC相当,计算量约降50%,且能够实现DOD和DOA的自动配对。仿真结果证明了该算法的有效性。     

Joint DOA and time delay estimation method for space-time coherent distributed signals based on search

Under dense urban fading environment, performance of joint multi-path parameter estimation method based on traditional point signal model degrades seriously. In this paper, a new space and time signal model based on multipath distribution function is given after new space and time manifold is reconstructed. Then joint spacetime signal subspace is obtained by converting acquired channel from time domain to frequency domain. Then space and time spectrum is formulated by the space sub-matrix and time sub-matrix taken out of joint space-time signal subspace, and parameters are estimated by searching the minimum eigenvalues of the space matrix and the time matrix. Lastly, A space and time parameters matching process is performed by using the orthogonal property between joint noise subspace and the space-time manifold. In contrast with tradition MUSIC, the algorithm we present here only need two 1- dimension searching and was not sensitive to different distribution function.     

基于信号时频表示的宽带源波达方向估计

提出一种时频域宽带源波达方向(DOA：Direction of Arrival)估计算法。该算法通过计算参考阵元和其它阵元的互Wigner-Ville分布，构造出一种新的时频域数据向量模型，并利用Chirp信号的局部窄带特性，在信号的主要能量聚集区选择时频点构造时频相关矩阵代替传统的阵列相关矩阵，进行特征分解实现信号的DOA估计。该方法同时在空域和时频域进行处理，充分利用了时频分布的能量聚集性，不但实现了非平稳信号时频域的分离，还有效地提高了信噪比，增强了算法对噪声的稳健性。仿真结果验证了新方法的有效性。     

雷达信号阵列处理与检测

雷达信号阵列处理的主要目的就是从噪声、干扰和别的信号环境中估计传输波信源的方向角。根据经典多维谱估计理论,本文论述了提取微弱雷达信号信息的概念和实现方法。 为了改善角谱分辨率,本文还系统地阐明了通过计算平面阵列接收数据空间自相关矩阵,并根据其特征分解所得到的信号子空间和噪声子空间的特征向量相互垂直的概念,计算出所谓高分辨角谱。本文还提出了一种MUSIC谱的修正算法,可以减少正交投影的计算量。     

色噪声下双基地MIMO雷达DOD和DOA联合估计

针对双基地多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)雷达在色噪声环境中的收发角度估计问题,提出了一种基于改进四阶累积量的角度估计算法。该算法首先构造回波信号的四阶累积量矩阵,然后根据四阶累积量矩阵的形成规律,在保证虚拟阵列孔径有效扩展的前提下去除其中的冗余项,达到矩阵降维的目的。最后将降维后的矩阵特征分解得到噪声子空间,再利用四阶累积量的多重信号分类(multiple signal classification,MUSIC)算法实现最终的收发角度估计。所提算法不仅可以有效抑制高斯色噪声,并且能够减小四阶累积量矩阵的维数,降低计算的复杂度,仿真结果验证了该算法的有效性。