基于未知互耦模型的波达方向估计

在阵列信号处理中,传感器间的互耦效应会对参数估计产生不利影响.为了降低互耦影响,提出了一种用于未知互耦模型下的波达方向（direction of arrival,DOA）估计算法.该算法运用了迭代的思想,利用全部阵列估计初步的DOA.之后基于子空间理论估计角度依赖系数（angularly dependent coefficients,ADCs）,并用得到的ADCs进一步提升DOA估计精度通过求解最小二乘问题确定互耦参数,将新的DOA值作为初始值开始下一轮迭代.仿真结果证实了在未知互耦模型下,相较于其他DOA估计,提出的方法有更好的性能并且更加鲁棒,特别是在小尺寸阵列或低信噪比（signal-to-noise ratio,SNR）情况下.      

兼具高自由度低互耦的间距约束稀疏阵列设计

针对传统稀疏阵列难以实现孔径和互耦同步优化导致测向误差的问题,设计了一种兼具高自由度低互耦的间距约束稀疏阵列.该阵列由四段均匀线阵以一定间隔首尾相连构成,约束每段均匀线阵的阵元间距以及各段均匀线阵之间的间距尽可能大,形成了3段稀疏的均匀线阵和1段密布的线阵,有效减少了阵元间的互耦效应,基于该阵列推导了物理阵元位置、差联合阵列的闭式解以及自由度的闭式解.与相同阵元数的传统稀疏阵列以及改进稀疏阵列相比,设计的间距约束稀疏阵列拥有更大的孔径、更低的互耦以及更多的连续虚拟阵元,通过实验仿真验证了间距约束稀疏阵列的优越性.     

一种新的相干信源互耦自校正算法

针对互耦效应下相干信源的波达方向（direction of arrival,DOA）估计问题,提出一种基于阵列接收数据一阶统计量的解相干及互耦自校正算法.算法利用阵元接收数据的一阶统计量构造伪协方差矩阵,理论推导证明,互耦系数已从理想导向矢量中剥离,且该矩阵的秩与信源相关性无关,仅与信源个数相等,即实现了信源的解相干及互耦自校正,因此通过对重构矩阵进行一次特征分解即可实现DOA估计.此外,对算法的子空间估计性能及由互耦系数导致的测角模糊性进行了分析,结果表明该算法实现过程简单,计算量小,在低信噪比和短快拍数时仍具有很高的估计性能.仿真结果验证了算法的有效性.      

未知互耦条件下相干与非相干混合信号的波达方向估计

针对阵列互耦对导向矢量的扰动,以及信号相干性对数据协方差矩阵造成的秩损致使超分辨波达方向(DOA)估计算法性能变差甚至失效的问题,提出了一种在相干与非相干信号混合状态下无需阵列互耦补偿的DOA估计算法.其中:仅截取部分阵元的接收数据,即可达到阵列互耦自抑制的目的;对数据协方差矩阵进行特征分解,利用所得特征矢量重构等效协方差矩阵,并对等效协方差矩阵进行奇异值分解,基于多重信号分类法或信号参数估计的旋转不变子空间技术完成混合信号的DOA估计;并利用计算机进行数值仿真以验证算法的有效性.结果表明,在阵列互耦未知的条件下,所提出的算法能够正确估计信号的DOA,无需互耦参数的估计或补偿.     

TEM喇叭天线阵元间互耦的研究

TEM喇叭天线是一种典型的超宽带天线,已广泛应用于高功率脉冲辐射的研究中.应用FTT方法研究了TEM喇叭天线阵互耦特点,并从时域角度比较分析了阵间距离对互耦的影响,研究发现当天线阵在低频段阵间互耦较高、频段较强时,阵元间距越大,互耦越弱,而阵元间互耦可以改善阵列的低频辐射.     

基于虚拟阵元冗余平均的对称嵌套MIMO雷达DOA估计

针对传统算法进行DOA估计时因删除重复虚拟阵元而造成有效信息损失、估计性能不佳等问题,提出基于虚拟阵元冗余平均的对称嵌套MIMO雷达DOA估计算法。首先,将一组密布均匀线阵和一组稀疏均匀线阵分别以零点为中心对称排列,构成单基地MIMO雷达的发射阵列和接收阵列,将传统的虚拟阵元由“差联合”结构变成对称“和联合”结构形式,提高了系统的自由度、降低了阵元互耦,并将其应用于非相干目标和全相干目标DOA估计;其次,向量化样本协方差矩阵,将“和差联合”阵列重复的虚拟阵元进行冗余平均处理后重构Toeplitz矩阵;最后,结合MUSIC算法进行非相干目标DOA估计,有效提升了目标估计个数和角度估计性能。仿真实验验证了阵列结构和算法的有效性。     

双基地MIMO雷达多目标定位及互耦参数估计

针对MIMO雷达收发阵元间存在互耦会严重影响目标定位算法性能的情况,提出一种双基地MIMO雷达多目标定位及互耦参数估计的算法.利用均匀线阵互耦矩阵的特点和MIMO雷达的特性获得满足ESPRIT算法的信号子空间,在不需要任何互耦矩阵信息情况下采用ESPRIT算法实现了目标角度估计,且估计出的角度参数自动配对.根据所估计的目标方位角度,利用信号子空间和联合导向矩阵之间的关系,将MIMO雷达的互耦参数估计转化为线性约束二次最小化问题,估计出互耦系数矩阵,实现了MIMO雷达的自校正.该方法的优点是避免了多维空间谱搜索带来的庞大计算量和迭代中的全局收敛性问题,同时得到了收、发阵列互耦参数估计的闭式解.仿真结果表明算法估计性能接近于互耦已知时二维MUSIC算法.     

紧凑型微带阵列天线互耦的改善

文章根据经典的哑铃状缺陷地结构设计出一种新型缺陷地结构,用于改善紧凑型微带阵列天线阵元间的互耦。在谐振频率为2.45GHz,阵元间距为1/10自由空间波长的天线阵阵元间引入该结构,采用Ansoft HFSS进行仿真,比较加入缺陷地结构前后天线的各项参数,结果表明该结构使得表征阵元间互耦的参数S12减小30dB以上,有效地改善了阵元间的互耦。     

基于神经网络的相干信源稳健DOA估计

目前基于神经网络的DOA估计主要是针对理想情况下的均匀线阵,且信源非相干,可估计的信源数较少.针对阵列误差和相干信源同时存在的问题,在理想数据集中引入互耦误差、阵元幅度误差、阵元相位误差以及阵元位置误差,并设计了一个多通道CNN+DNN网络和目标函数生成方法,用于相干信源的稳健DOA估计.引用B-band互耦模型和相关误差模型合成阵列输出信号,通过提取阵列输出信号的协方差矩阵的实部、虚部与相位角,构建网络的输入信号.对理想条件下的MUSIC算法DOA估计结果进行拟合,根据拟合公式生成多信源从不同角度入射时的空间谱,作为网络的目标信号.使用相同的数据集对本文DOA估计网络与其它文献中的DOA估计网络进行训练和测试.结果显示,在不同信噪比、不同误差大小以及不同信源数的情况下,本网络的稳健性和解相干能力都更优.     

互耦对阵列天线辐射特性的影响

阵元间互耦是分析阵列天线问题中的难点之一,常用矩量法加以分析.这里提出了一种改进的矩量法,把线天线等效为带状线,用RWG基函数作为阵元表面电流的展开函数,精确计算了阵元之间的互阻抗矩阵,从而在分析问题时计入了互耦的影响.以等间距的Chebyshev线阵为例,分析讨论了在阵元位置和副瓣电平不同的情况下,互耦对阵列方向图的影响.得到了一些有用的结论,对以后深入研究互耦问题有一定的指导意义.     

未知互耦条件下基于四阶累量的非均匀圆阵波达方向估计算法

基于互耦矩阵的特殊结构,给出了一种更具一般性的非均匀圆阵模型,提出了一种在未知互耦条件下的非均匀圆阵波达方向估计算法．由于采用了四阶累量,该算法可以估计出比阵元数更多信号的波达方向,并且对高斯噪声不敏感．由于未采用迭代算法,从而降低了算法运算复杂度．仿真实验证实了该算法的有效性．     

未知互耦条件下的均匀线阵波达方向估计算法

基于互耦矩阵的特殊结构,提出了两种在未知互耦条件下改进的均匀线阵波达方向估计算法.为了提高在未知互耦条件下波达方向估计算法的性能,提出了一种采用空间平滑的改进算法.由于未采用迭代算法,从而降低了算法运算复杂度.仿真实验证实了该算法的有效性.     

基于降低互耦影响的二维稀疏阵优化设计

通过对基于差分共阵概念的开盒阵（open box array,OBA）阵元进行重新优化,提出了一种称为稀疏H型阵的新阵型设计方案.该结构具有与OBA相同的可估计信源数,并通过降低紧密排布的传感器对数有效减小了传感器间互耦效应.基于二维酉ESPRIT算法的波达方向估计,仿真证实了所提出的阵型相较其他阵型具有更好的抗耦合能力.      

弹载相控阵雷达单阵元高精度去耦方法

针对目前工程实践中弹载相控阵雷达近场测试中无法有效补偿阵元间互耦的问题,对某型号弹载相控阵雷达的矩形贴片天线,建立单阵元辐射模型,结合信号子空间基本原理,提出一种基于信号波达方向估计值计算单阵元互耦总影响系数的方法。该方法通过均匀矩形阵列信号波达方向估计值计算一个阵元与其周围八个阵元的互耦系数,将互耦系数累加后的结果作为对单阵元的互耦总影响系数,将近场测试值除以互耦总影响系数可得互耦校准后的阵元参数。微波暗室实验结果表明:该方法得到的阵元幅值和相位与理论计算值相近,说明方法是有效的。该方法可以应用到某型弹载相控阵雷达天线校准中,能有效补偿阵元间互耦。     

一种优化嵌套MIMO的无孔差合阵列设计

针对现有嵌套MIMO阵列自由度有限的问题,提出一种基于优化嵌套阵的优化改进方案。其不止保留了嵌套MIMO阵列设计的原有优势,具有阵元位置以及自由度的闭合表达式,而且极大程度地提高了阵列孔径以及自由度。优化嵌套MIMO阵列设计首先将优化嵌套阵作为发射和接收阵,其次对MIMO阵列的合阵进行做差处理,得到阵元位置的差合阵列。通过合理的设计发射和接收阵的阵元间距,可以获得一个无孔的差合阵列。当阵元总数给定的时候,通过分析阵列结构的特点,可以得到发射和接收阵的最佳阵元数目。仿真实验表明,与嵌套MIMO阵列设计相比,所提方法在不增加实际阵元数目的情况下可以有效扩展阵列孔径,增加自由度,从而提高MIMO雷达波达方向估计精度。     

临近空间高超声速再入滑翔目标跟踪模型

针对临近空间高超声速再入滑翔飞行器(HRGV）的跳跃滑翔跟踪问题,建立一种新型跟踪模型。首先对目标进行受力分析并结合HRGV横、纵向运动特性得到各方向气动加速度特性;在此基础上将气动加速度中的阻力和爬升力加速度建模为正弦自相关模型,转弯力加速度建模为一阶马尔科夫模型;然后采用一种分离滤波模型对目标状态和气动加速度分别进行估计,推导得出状态滤波模型和气动加速度滤波模型表达式。仿真实验结果表明,相比该类目标的其他跟踪算法,该算法的跟踪精度有一定提高,此模型优越性较强。