基于L型阵列的多目标二维角跟踪算法

基于L型阵列,提出了一种新的多目标二维角跟踪算法。该算法通过相邻时刻X阵列及Y阵列协方差矩阵之差得到了两组关于角度差的线性方程组,重复解方程组可以估计出不同时刻各个目标的方位角及俯仰角。本算法可以减小阵元噪声的影响,相邻时刻估计得到的角度是自动关联的,省去了运算量较大的数据关联过程;同时在跟踪过程中,不需要进行子空间分解和参数配对。仿真结果表明,该算法的运算量低,跟踪精度高。     

高斯色噪声下混合信号二维DOA估计方法

针对色高斯噪声环境下混合信号二维波达方向(two-dimensional direction of arrival, 2D-DOA)估计问题,提出四阶累积量与斜投影算子相结合的混合信号波达方向(direction of arrival, DOA)估计算法。首先利用接收数据构造四阶累积量矩阵切片替代传统协方差矩阵来抑制高斯色噪声,并通过传播算子方法(propagator method,PM)估计非相干信号的仰角与方位角。然后采用正交三角(orthogonal triangular,QR)分解构造特定的斜投影算子,使接收信号中仅包含相干信号信息。将矩阵重构与PM相结合来解相干并估计相干信号的仰角与方位角。可以实现高斯色噪声背景下混合信号的2D-DOA估计,且估计信号的方位角和仰角能够实现自动配对,仿真实验证明了算法的有效性。     

基于稀疏表示的平行互素阵二维测向方法

针对传统平行阵二维测向自由度低问题,提出一种改进型平行互素阵,基于稀疏表示方法和最小二乘法来估计目标方位。该方法首先利用改进型互素阵构建双平行稀疏阵列,计算平行互素阵的互协方差矩阵。然后通过矢量化处理,利用重排,去冗余处理生成较大孔径的虚拟阵列,将二维波达方向(direction of arrival,DOA)估计问题降维为一维DOA估计问题。进一步将一维DOA估计问题转为复数信号稀疏重构问题,并利用二阶锥规划来进行求解,通过峰值搜索得到方位角信息。最后利用方位角来构建方向矩阵,通过最小二乘方法求解俯仰角。该方法可以在没有目标先验信息的条件下,能够准确估计目标方位,且能够实现自动配对。相比传统的平行均匀线阵以及平行互素阵,该方法扩展了阵列虚拟孔径,提高了估计精度,能够辨识更多的目标源。实验仿真验证了该方法的有效性。     

基于双/多基地方位联合估计算法

提出一种基于双/多基地方位联合估计的新算法,利用两个阵列或多个阵列的接收数据的相关矩阵,再结合ESPRIT算法估计方位。该算法可以同时估计目标信号入射到双/多基地的方位角。所估计的参数自动配对,不需要额外的配对运算,并且给出了该方法方位估计的CRLB,计算机仿真结果证明了算法的有效性。     

基于级联MUSIC的面阵中的二维DOA估计算法

提出了适用于面阵中的基于级联多重信号分类(multiple signal classification,MUSIC)方法的二维波达方向(direction of arrival,DOA) 估计算法。该算法仅采用级联的一维搜索即可实现二维DOA的联合估计,避免了经典二维MUSIC算法的复杂计算量,复杂度大大降低,同时角度估计性能非常接近经典二维MUSIC算法。此算法可以实现二维角度的自动配对,角度估计性能优于传播算子算法(propagator method,PM)以及借助于旋转不变技术的信号参数估计算法。同时,该算法可以很好地估计出相同方位角(或仰角)的信源。结合算法的高性能及低复杂度,该算法拥有更广泛的适用范围,其优越性得到验证。     

基于互协方差稀疏重构的MIMO雷达低仰角估计算法

针对低空目标仰角估计时, 多径信号间的混叠严重影响雷达的测角性能的问题, 基于压缩感知理论的波达方向(direction of arrival, DOA)估计算法与多输入多输出(multi-input and multi-output, MIMO)雷达体制结合起来共同进行低空目标DOA估计的研究, 提出了一种基于互协方差矩阵稀疏重构的MIMO雷达低空目标DOA估计算法。首先, 对MIMO雷达多径接收信号广义匹配滤波后的虚拟矩阵向量化处理, 并针对向量化后虚拟孔径扩展带来运算量大的缺点, 通过降维处理来减少运算量; 然后利用多快拍数互协方差矩阵中的噪声独立不相关的优点, 降低噪声影响, 提高算法估计性能; 最后转化为凸优化问题进行稀疏恢复。仿真结果表明算法在直达信号与多径反射信号相互削弱的情况下, 仍能有效估计低空目标的仰角, 较L1-SVD和L1-SRACV算法对低空目标具有更好的仰角估计性能。     

一种改进的米波雷达低仰角处理算法

由于多径效应的存在,使得米波雷达在低仰角工作时接收到的回波是两组相干信号,即直达信号和反射信号的矢量叠加.提出了一种米波雷达在低仰角环境下DOA(波达方向)估计的新方法,先对各子阵的接收数据进行线性变换,然后对线性变换后的数据和实测数据的差分结果应用阵列旋转不变性实现米波雷达低仰角的波达方向估计.算法对信号所处环境不敏感,可以有效地克服多径效应,而且运算量小.理论分析和计算机仿真都表明新算法的优越性.     

基于双基地频率和方位联合估计算法研究

提出一种基于双基地频率和方位联合估计的新算法,是基于UN-ESPRIT方法和两个阵列之间的互相关DOA矩阵法,称之为UN-DOAa-ESPRIT算法。该算法可以同时估计目标信号的频率和两个基地(即两个阵列天线)方位角。所估计的参数自动配对,不需要额外的配对运算,而且在不知道的相关噪声环境下同样可以有效地进行估计。数值仿真结果证明了算法的有效性。     

宽带信号方位估计的改进RSS方法

为了降低宽带信号旋转信号子空间（rotational signal subspace, RSS）方位估计算法的运算量和分辨门限,针对中心对称阵列,将实值处理过程和信号子空间缩放MUSIC（SSMUSIC）方法引入宽带信号方位估计,提出了一种宽带信号方位估计新方法。该方法首先使用左实变换矩阵将双向平滑后的各个频率子带的数据协方差矩阵变换为实数矩阵,从而大大降低了运算量;然后使用RSS方法选取聚焦矩阵对各个频率子带的实协方差矩阵进行变换,得到同一参考频率点的数据协方差阵;最后利用基于子空间斜投影的SSMUSIC算法进行一维搜索来求得各个目标的方位角。仿真实验结果表明,该方法比常规宽带RSS方法运算量小,且具有更低的分辨门限和更小的均方误差。     

非均匀线阵MIMO雷达的多目标定位方法

提出一种非均匀线阵多输入多输出（multiple input multiple output, MIMO）雷达的多目标定位方法。该方法基于阵列内插技术,构造一个内插矩阵对非均匀线阵MIMO雷达进行处理,满足虚拟均匀线阵MIMO雷达的特性,推导出虚拟均匀线阵MIMO雷达的信号子空间,最后利用旋转不变信号参数估计技术（estimating signal parameter via rotational invariance techniques, ESPRIT）对目标方位角度进行估计。其优点是突破ESPRIT算法对阵元配置的要求,且有效增加了阵元数目(实为虚拟阵元),提高了方位角分辨率。仿真结果表明,该算法增加了MIMO雷达探测目标数,角度估计精度接近克拉美罗界根。同时,所估计的二维方位角参数自动配对,不需要额外的配对运算,计算量小。     

用于立体阵定位的克拉美-罗界简单算法和分析

为了优化设计立体麦克风阵列，满足声学预警系统全空域定位的需求，推导了立体阵定位系统的克拉美-罗界。在此基础上，对比分析了均匀圆阵和几种立体阵（球形、圆柱、锥形和圆孤线阵）的定位性能，同时深入分析了选择不同参考基元对定位性能的影响。仿真结果表明，对方位角的估计，圆弧线阵的方差最小。对俯仰角的估计，几种立体阵的方差均小于均匀圆阵的方差。其中测向不耦合的立体阵方差略小于测向耦合的立体阵方差，圆柱阵的方差最小。同时在阵形、基元数目不变的情况下，改变参考基元的位置还可以进一步降低圆柱阵的俯仰角估计方差及距离相对方差。     

Joint 2D DOA and Doppler frequency estimation for L-shaped array using compressive sensing

A joint two-dimensional(2D)direction-of-arrival(DOA)and radial Doppler frequency estimation method for the L-shaped array is proposed in this paper based on the compressive sensing(CS)framework.Revised from the conventional CS-based methods where the joint spatial-temporal parameters are characterized in one large scale matrix,three smaller scale matrices with independent azimuth,elevation and Doppler frequency are introduced adopting a separable observation model.Afterwards,the estimation is achieved by L1-norm minimization and the Bayesian CS algorithm.In addition,under the L-shaped array topology,the azimuth and elevation are separated yet coupled to the same radial Doppler frequency.Hence,the pair matching problem is solved with the aid of the radial Doppler frequency.Finally,numerical simulations corroborate the feasibility and validity of the proposed algorithm.     

基于虚拟阵元内插的互质阵列目标DOD和DOA联合估计算法

传统算法通常采取舍弃互质阵列的“差联合”阵列形成离散虚拟阵元，只利用其中连续虚拟阵元进行离波方向角(direction of departure, DOD)和波达方向角(direction of arrival, DOA)联合估计，存在自由度提升受限、估计性能不佳等问题。对此,提出基于虚拟阵元内插的互质阵列目标DOD和DOA联合估计算法。首先,将两个互质子阵以零点为中心布列,分别构成双基地多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达的发射阵列和接收阵列,该布阵结构将传统的虚拟阵元由阵列“差联合”结构形式变成“和联合”结构形式,降低了虚拟阵列的冗余度。其次,在形成的虚拟阵元基础上,通过在虚拟阵列孔洞位置内插虚拟阵元使其连续,对于内插的虚拟阵元无实际接收信号问题,基于最小化核范数优化理论,采用协方差矩阵Toeplitz化重建的方式恢复内插虚拟阵元的等价接收信号,利于所有虚拟阵元层面的角度联合估计。最后,针对因角度配对导致的高运算量问题,结合降维多重信号分类(reduced dimension multiple signal classification, RD-MUSIC)算法使角度自动配对,从而减小算法运算复杂度。有效提高了目标分辨力和角度联合估计性能，仿真实验验证了算法的有效性。     

空间交叉阵被动声定位算法及其性能分析

线性声阵被动目标定位方法无法准确确定方向,而平面十字交叉声阵被动目标定位虽然可以基本确定目标的方位角和俯仰角,但定位精度较低,而且当目标的俯仰角较大时,误差越来越大。研究了空间七元交叉阵的目标被动声定位算法及其性能。分别就目标测向和测距的精度进行了理论分析和计算,讨论了阵列尺寸和时延估计等诸因素对空间七元阵定位性能的影响,而且提出了简化的空间五元声阵定位方法。实验结果显示提高了俯仰角的定位精度,尤其在大俯仰角情况下的方向定位更精确。对空中和水下的运动目标被动声定位的实际工程应用有重要的参考意义。     

基于MEMP算法的二维DOA估计

针对L形阵列,提出利用增广矩阵束(MEMP)进行二维DOA估计的新算法。计算两个均匀线阵的互协方差矩阵,利用MEMP方法构造增广矩阵,运用ESPRIT算法实现二维波达方向的估计,并采用一种新的配对算法,实现二维波达角的自动配对。为了克服MEMP方法对阵列有效孔径的损失,利用四阶累积量的阵列扩展的性质,提出了基于MEMP方法扩展的二维DOA估计算法,该算法增加了阵列的有效孔径,无需进行谱峰搜索。仿真实验证明了算法的有效性。     

基于相位差的均匀圆阵DOA估计新方法

根据均匀圆阵阵列结构的特点,提出一种利用相邻阵元间相位差进行二维波达方向(direction of arrival, DOA)估计的方法。分析了均匀圆阵相邻阵元间接收信号相位差的变化规律,得出了其与入射信号的方位角和俯仰角的对应关系,在此基础上推导出入射信号方位角和俯仰角的闭式解。同时,针对相位差测量中存在相位模糊的问题,提出一种循环搜索算法有效地实现了相位差的解模糊,极大地提高了利用相位差进行DOA估计的稳健性和适用范围。理论分析和仿真结果表明,该二维DOA估计方法可以在存在相位模糊的情况下稳健有效地工作。     

基于L型阵列MIMO雷达的DOA矩阵方法

首先提出一种基于波达方向（direction of arrival, DOA）矩阵思想的L型阵列多输入多输出（multiple input multiple output, MIMO）雷达二维角度估计方法。通过将L型阵列MIMO雷达所产生的二维虚拟平面阵列划分为两个子阵,并构造估计矩阵以实现二维角度估计。在此基础上,针对角度兼并问题,进一步提出联合对角化DOA矩阵方法。该方法通过构造4个子阵,并采用联合对角化方法估计目标二维角度。该方法在保持原DOA矩阵法无需二维谱峰搜索和参数配对等优点的基础上避免了角度兼并问题,能够减少阵列孔径损失,有效提高阵元利用率和角度估计精度。仿真实验验证了所提方法的有效性。     

多通道相控阵自适应数字单脉冲合成方法

为了在有源干扰条件下对目标到达角精确估计,提出一种二维多通道平面相控阵雷达自适应单脉冲波束合成方法。利用平面相控阵方向图的正交性,沿阵列一个方向分别合成和子阵及差子阵,对子阵输出进行自适应处理,可以在其正交方向上形成零点,同时抑制旁瓣及主瓣干扰,并保证该方向上和、差波束不发生畸变,确保该方向的测角精度。仿真结果验证了算法的有效性。