一种小运算量累积量域频率和到达角估计算法

提出了一种基于频域高阶累积量的信号频率和到达角联合估计算法.首先分析阵列信号频域模型,然后利用频域数据构造类似于VESPA算法的矩阵束,并基于此矩阵束给出频率和到达角联合估计的方法.该算法具有抑制色高斯噪声及实现阵列虚拟扩展的能力,并可降低对阵列一致性的要求,用M个阵元可以分辨M-1个空间信号(ESPRIT类算法),而计算量可以和基于二阶统计量的算法比拟.     

一种新的基于平行因子分析的近场源定位算法

提出了一种新的多个近场窄带信源距离、频率及到达角三维参数的联合估计算法。该算法将通常在数据和子空间域应用的平行因子分析模型扩展至高阶累积量域,利用阵元输出计算的高阶累积量矩阵构造三面阵,分析了该三面阵低秩分解的唯一性,并从分解得到的多个矩阵中联合估计信源距离、频率及到达角。该算法仅需使用3个高阶累积量矩阵,而且无须谱峰搜索和参数配对,计算简单。仿真结果表明该算法是有效的。     

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。     

基于非均匀采样的空时级联频率和到达角估计

将时域的非均匀采样扩展到空域阵列信号处理,提出了一种基于非均匀采样的空时级联频率和到达角估计方法。利用非均匀时延间隔的延迟器组成的虚拟阵列估计出信号频率,再基于非均匀空域采样估计出该频率上的信号到达角。该方法充分利用了非均匀采样时间间隔的随机性,突破了时域和空域采样定理的限制,解决了在使用较大阵元间距的条件下空时二维频率和到达角估计的模糊问题,不需要二维搜索和额外的配对过程,同时增大的阵元间距也显然提高了估计的精度和分辨率,仿真实验证明了该方法的有效性及小信噪比条件下估计精度的改善。     

基于均匀圆阵模式空间和多重旋转不变子空间算法的完备二维DOA估计算法

为了在低运算量下提高均匀圆阵中二维测角的精度,提出一种基于圆阵模式空间和多重旋转不变子空间算法的二维波达方向估计算法。首先利用模式空间算法将均匀圆阵等效为虚拟均匀线阵,并利用贝塞尔函数的递推性质推导此种情况下阵列的旋转不变特性。然后根据虚拟线阵的结构提出一种简便有效的子阵划分办法,在此基础上得出阵列的多重旋转不变方程,并利用多重最小二乘准则得出其完备解,从而完成对信号二维到达角的估计,仿真实验验证了算法的有效性。     

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。     

虚拟阵列下的相干信号测向算法

大多数解相干测向算法只能应用于均匀线阵,而不能用于均匀圆阵。针对这一问题提出了一种基于虚拟均匀线阵的快速解相干波达方向估计算法,该算法对均匀圆形阵列的输出信号进行模式激励,使其成为虚拟均匀线阵,在色噪声协方差矩阵为复对称Toeplitz结构的情况下,利用空间差分方法和矩阵重构相结合来估计相干信号,并且去除非相干信号以及色噪声。该算法提高了阵列的信源过载能力,不需要进行高阶累积量的计算以及特征分解,计算机仿真结果证明了算法的有效性。     

基于冗余阵元优化的双基地嵌套MIMO雷达目标DOD和DOA联合估计方法

针对传统双基地嵌套多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达进行目标参数估计时精度差、角度分辨率低和自由度低等问题, 提出了一种基于利用虚拟冗余阵元的重建Toeplitz矩阵算法对目标的波离方向角(direction of departure, DOD)和波达方向角(direction of arrival, DOA)开展参数估计的方法。首先, 将两个嵌套阵列空间分置后分别形成双基地MIMO雷达的接收阵列和发射阵列, 阵列经处理后的虚拟接收信号存在大量冗余虚拟阵元。其次, 将冗余虚拟阵元对应的协方差数值进行平均处理替代原值, 形成新的虚拟接收信号。然后,通过利用两个选择矩阵在虚拟接收阵列和虚拟发射阵列中分别构建空间平滑子阵的方法重构Toeplitz矩阵, 来重组虚拟接收信号。最后, 利用常规子空间类算法对等效虚拟信号开展空间谱估计, 实现DOD和DOA的相互匹配, 所提算法在估计性能和自由度性能方面与其他算法对比效果更好。     

面向非圆信号的四阶累积量直接定位方法

针对现有基于四阶累积量的直接定位方法阵列孔径扩展不充分以及数据冗余等问题，提出了一种针对最大非圆率信号的四阶累积量直接定位方法。基于移动阵列在多个时隙对目标观测的定位场景，该方法构造了一系列去冗余四阶累积量矩阵。结合辐射源信号的非圆特性，利用阵列接收数据和共轭数据来构成扩展数据模型，实现了阵列孔径扩展，使等效阵元数增加，从而提升定位性能，并通过重新构造快速提取无冗余数据，大大降低矩阵运算维度。由于结合了信号的四阶累积量与非圆特性，该算法适用于信源个数大于阵元数与阵列色噪声的复杂环境。理论分析与仿真结果表明，该算法具有计算量小、高估计精度以及高分辨率等优势，并在高信噪比条件下能够达到相应克拉美罗界。     

基于二维空间平滑的波束域MUSIC算法

针对强相关及多径信号环境下,基于均匀平面阵的高分辨方法无法准确估计信号的二维到达角以及运算量大等问题,提出了一种基于二维空间平滑的波束域MUSIC算法。该方法首先沿均匀面阵的两维方向对阵列接收数据进行二维空间平滑,实现相关源的解相关;然后将空间平滑后阵元空间的数据变换到波束域以降低计算量和系统复杂性;最后利用波束域MUSIC算法估计相关信号的二维角度。该算法能有效地对相关信号进行解相关,在降低传统的高分辨方法运算量的同时,可以获得比阵元空间处理更稳健的测角性能。理论分析和数值仿真结果验证了算法的有效性。     

两维数字阵列雷达的数字单脉冲测角方法

研究了两维数字阵列雷达的数字单脉冲测角方法,分析了基本单脉冲测角过程中存在的问题,提出了改进的数字单脉冲测角方法。该方法在差波束形成过程中考虑了不同工作频率、不同波位的天线等效孔径的变化。针对测角误差信号的非线性特征,在根据误差信号计算目标角度时采用了多阶多项式拟合的方法,给出了数字阵列雷达中数字单脉冲测角的详细过程。计算机仿真和实测结果表明,此方法具有良好的测角性能,减少了对单脉冲测量误差曲线的存储要求,适合于工程实际应用。     

毫米波阵列雷达近场动目标参数估计算法

在毫米波连续波阵列雷达系统中,根据近场各动目标多普勒频率的不同,提出了一种近场动目标多普勒频率、距离及方位三维参数估计算法。首先采用全相位快速傅里叶变换(all phase fast Fourier transform, apFFT)方法估计回波信号频谱,并使用相位差频谱校正法对目标多普勒频率进行校正。全相位FFT方法所得相位谱为信号的初始相位,各通道之间对应信号的相位关系包含了目标的位置信息,采用二维多重信号分类(two dimensional multiple signal classification, 2 D MUSIC)方法就可从各目标对应多普勒频率的复幅度中估计出目标的距离及方位参数。计算机仿真结果证明了该算法的有效性。     

宽带阵列互耦建模及其对DOA估计的影响

为了研究不同几何分布的宽带阵列对互耦效应的适应能力,建立了一种互耦条件下新的宽带阵列天线接收数据模型.基于该模型比较了互耦效应对各种测向方法性能的影响,以及几种常见阵列结构对互耦效应的适应能力.最后提出了一种宽带互耦补偿的思想,利用各频率点上互耦矩阵的测量值实现了对宽带阵列的互耦补偿.     

双基地多载频MIMO雷达目标运动参数估计

双基地多载频多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)雷达采用稀布阵发射多载频调频连续波(frequency modulated continuous wave,FMCW)信号,阵列接收目标回波。本文分析了双基地多载频MIMO雷达的信号模型,提出将多项相位变换和解调频技术结合来进行目标运动参数估计的方法,从而大大减少了运算量。针对多载频MIMO雷达提出了一种新的解速度模糊方法,该方法原理简单、易于工程实现,且速度估计精度较高。仿真结果表明,本文方法能够对目标运动参数进行有效估计。     

基于F-K分析的次声监测台阵结构设计

次声监测台阵结构的合理设计是抑制环境噪声及增强目标次声信号的一种有效手段。结合目标次声信号的特性,假设了次声监测台阵的几种阵列结构,对于不同频率成分、不同信噪比和不同时间长度声信号的响应情况,采用F-K分析法进行阵列响应计算。计算结果表明五边形六元阵适用于频率较低的次声信号;对于既有低频成分又有高频成分的信号,九元阵的响应较好,因此对于目前所关注的大多数次声信号,九元阵是理想的阵列结构。     

星载GMTI稀疏阵雷达的STAP研究

针对稀疏阵的欠采样会引起动目标检测盲区的问题,基于星载GMTI(ground moving targets indica-tion)稀疏线阵雷达,分析了多载频稀疏阵雷达的系统模型和空时自适应处理(space time adaptive processing,STAP)的基本原理,考虑了非周期阵列对减少盲区的作用。仿真结果表明采用多载频模式可有效改善稀疏引起的动目标检测盲区。     

二维四元零相关区周期互补阵列集构造法

基于二维二元周期互补阵列集和移位序列,利用逆Gray映射,提出了一类二维四元零相关区周期互补阵列集的构造方法。获得的阵列集由多个四元零相关区周期互补阵列子集组成,不同子集之间具有完全正交互补特性。本文的构造方法可分别对阵列的行列进行移位,能够获得具有不同参数形式的二维四元零相关区周期互补阵列集。同时行(列)方向上的零相关区长度可以灵活设置,从而能获得不同的移位序列集,构造出多个二维四元零相关区周期互补阵列集。构造结果表明,本文方法可有效地增加工程应用所需的阵列信号。     

基于特殊阵列的相干信源二维测向新方法

基于特殊天线阵列,提出了一种有相干源存在情况下的二维波达方向(DOA)估计的新方法。该方法利用天线阵列结构的特点来构建一个特殊的协方差矩阵,再根据2-D ESPRIT方法实现二维DOA估计。该方法不需采用空间平滑技术,也不需谱峰搜索,而且参数可以实现自动配对。最后计算机仿真验证了该方法的有效性。     

基于隐马尔可夫模型的array-CGH数据贝叶斯分析

微阵列比较基因组杂化(comparative genomic hybridization,CGH)技术是用于发现DNA拷贝数变异的重要技术.本文根据DNA片段间的距离及测试样本与参考样本之间的荧光强度比,将微阵列实验的分辨率特征作为先验信息,建立用于分析微阵列CGH数据的贝叶斯隐马尔可夫模型.为解决基因数据变量多、抽样收敛速度慢的问题,本文将向前向后Gibbs算法应用到模型参数的马尔可夫链蒙特卡罗抽样估计中,以加快收敛.在对多形性胶质母细胞瘤基因数据分析中,本文方法能有效识别出DNA拷贝数异常的区域,所得结果与以往有关研究结论一致.模拟数据分析结果表明,在不同噪声下本文方法均能有效识别出异常区域,其误判率小于3%.