基于Hankel 矩阵SVD的均匀线阵信源数估计

为解决现有信源数目估计方法对不同特性信号的适应性普遍较差的问题, 提出了一种均匀线性阵列下基于传感器输出信号相关函数构成的Hankel 矩阵的奇异值分解的信源数目估计方法。该方法利用把传感器输出信号相关函数中未知噪声方差项排除的Hankel 矩阵的一般形式在信号独立, 混合和相干的情况下均能进行信源数目估计, 且信源数目估计能力超过传感器数目的一半。仿真实验结果表明, 该方法信源数目估计的正确概率(PCEs: Probabilities of Correct Enumeration)的分布特征具有不变性, 且相较于基于空间平滑技术的信号源数目估计方法具有更稳定的估计性能和更宽的阈值范围。     

基于内插阵列变换的相干源测向方法研究

利用内插阵列变换和前/后向空间平滑技术在阵列信号处理中的优点,提出了一种对相干信源进行超分辨测向的有效方法.该方法首先在不同的内插区间将均匀圆阵虚拟成等距均匀线阵,使其阵列流型具有Vandermonde矩阵形式,然后使用基于前/后向空间平滑技术的MUSIC算法对相干信号的波达方向进行有效地估计.该方法的主要优点在于,当相干信源数多于阵元数时仍可有效地估计出相干信源的二维波达方向,并且可实现全方位、无模糊的角度估计.计算机仿真证明了其有效性.     

基于延时处理的对角加载信源数估计方法

为了解决在有色噪声背景下信息论准则算法估计信源数失效以及盖氏圆方法在低信噪比下性能下降的问题,提出了一种利用接收信号延时信息的协方差矩阵对角加载技术估计信源数的方法.首先构造接收信号的延时协方差矩阵,抑制色噪声的影响,然后对延时协方差矩阵做出变换处理,得到抑制噪声后的协方差矩阵特征值,最后对得到的特征值进行对角加载技术处理,利用信息论准则进行信号源数目的估计.仿真结果表明了该算法的正确性和有效性.     

未知信源数条件下基于合成空间谱的弱信号DOA估计方法

针对强弱信号并存时信源数和弱信号波达方向难以准确估计的问题,提出了一种基于合成空间谱的弱信号DOA估计方法.该方法将阵列的特征波束通道输出进行加权叠加,并用其对噪声子空间逼近法的空间谱函数进行方位加权,得到合成空间谱对弱信号DOA进行估计.本方法无需信源数目已知的先验信息.相比于已有的基于特征波束形成的弱信号DOA估计法,本方法在多个弱信号来波方向较接近时具有更好的估计性能,仿真结果证实了本方法的有效性和优势.     

空间平滑和盖氏半径变换的宽带相干信源数估计

采用空间平滑处理和不同信源数估计准则进行宽带相干信源数估计。该方法针对宽带相干信号,不需要聚焦处理,直接对宽带信号阵列采样输出分段并进行快速傅立叶变换(fast Fourier transform,FFT),得到不同频点处的窄带采样协方差矩阵,然后采用空间平滑处理技术进行解相干处理,接着利用信源估计准则进行信源数估计,对每个频点处的结果进行加权处理得到宽带信源数目。仿真结果表明,通过对信息论准则、基于盖氏半径的似然准则、盖氏圆估计准则的性能的对比,进而得到了一种在色噪声下估计宽带相干信源数的方法。     

基于盖氏圆方法的宽带信源数目估计

针对低信噪比和小快拍数情况下宽带信号源数目较难精确估计的问题,提出了一种基于盖氏圆方法的宽带信号源数目估计算法(GDECSM)。盖氏圆方法通过利用盖氏半径对矩阵特征值范围的限定关系,能有效区分信号子空间与噪声子空间,在宽带信号源数目估计中能够产生良好的检测效果。仿真实验表明,与基于AIC准则的宽带信源数目估计算法(AICCSM)相比,GDECSM算法在低信噪比和小快拍数时都具有更高的检测概率,运算复杂度也有所降低。     

应用信息论方法优化判定无线传感网络中最小传感器数目的研究

针对无线传感器网络中使用最小数量传感器对目标区域完全覆盖的问题,提出了应用信息论解决此问题的新方法.在利用传感器测量值对既定环境做出精确估计的前提下,采用信息论中信源编码定理确定一个传感器最小数目的下界值,从而判定网络中传感器数目的最小值.仿真分析表明,与信息覆盖法相比,信息论方法在相同覆盖范围内使用传感器数更少,在相同传感器数下覆盖更合理高效,在事件估计正确率方面有较好的优化改进,在传感器分布设计上有较好借鉴价值和应用前景.     

非平稳噪声背景下多径信号DOA估计方法

针对目标信号传输过程中的多径现象或电磁干扰引起的同时存在独立和相干信源(多径信号)的情况,提出了一种非平稳噪声背景下的混合信源DOA分步估计方法。该算法利用常规谱估计算法估计独立信源,在利用广义协方差差分方法排除掉非平稳噪声信息后,然后根据斜投影算子的性质排除独立信源,对剩余的相干信源则可采用修正空间平滑算法恢复为满秩,进而可以用MUSIC算法进行DOA估计。相比较传统的广义差分方法,该算法在提高阵列信源过载能力的同时,避免了对独立信源的平滑运算,计算复杂度降低,并且适用于更广泛的未知噪声背景及低信噪比环境。计算机仿真结果证明了新算法的有效性和正确性。     

基于四阶累积量的非相干分布式信源测向算法

针对非相干分布式信源的不相关散射分量会造成信号空间的扩展从而使阵列最大可估计信源数下降的问题,利用四阶累积量的阵列扩展特性,本文提出了一种基于四阶累积量的非相干分布式信源测向算法。该算法首先利用泰勒级数展开对接收信号的四阶累积量矩阵进行化简;之后根据化简后的矩阵重新划分噪声空间,并利用其和新的阵列流形构造谱峰搜索函数;最后给出算法的自由度及复杂度分析。仿真结果表明,该算法可以有效地提升阵列的最大可识别信源数,同时在低阵元数低信噪比情况下估计误差较小。     

一种色噪声背景下的信源方位估计快速算法

针对实际环境中相干信源普遍存在的情况,提出一种基于对称均匀线阵的波达方向(DOA)分步估计方法。该算法在未知噪声协方差矩阵为复对称Toeplitz(色噪声)结构的情况下,利用空间差分方法和相干信源Toeplitz矩阵重构方法相结合,来处理同时存在相干(或相关)和独立信源的情况。首先利用常规谱估计算法估计独立信源;然后用差分的方法将其排除掉,同时可以排除色噪声信息;然后用Toeplitz重构的方法将剩下的相干信源恢复为满秩,进而可以利用传播算子的方法进行DOA估计。与传统的去噪、解相干算法相比,该算法在提高阵列信源过载能力的同时,可明显减小算法的运算量。计算机仿真结果证明了新算法的有效性和正确性。     

阵列误差下宽带信号DOA估计自回归迭代算法

本文基于MMSE准则提出一种新的在随机阵列误差条件下宽带信号波达方向(DOA)估计算法,并分析了随机阵列误差对算法的影响。将含有阵列误差的宽带信号通过窄带滤波器组转化为窄带信号,在MMSE准则下采用自回归迭代方法恢复窄带信号的稀疏表示,由此得到信号源个数和DOA估计。新算法不仅有超分辨率能力,而且不需要预先知道信号源个数,此外还能对相干信号进行DOA估计,对阵列误差有比相干子空间法更好的稳健性。计算机仿真验证了算法的有效性和稳健性。     

基于重构噪声子空间的相干信号DOA估计

传统DOA(direction of arrival)估计算法无法处理相干信号,因此提出一种基于重构噪声子空间的高精度DOA估计算法.该算法利用阵元接收数据的自协方差与互协方差信息构造成增广矩阵作为新的协方差矩阵,对该矩阵进行奇异值分解得到相应的噪声子空间和特征值矩阵.为了获得更精确的信号向量,重构一个由新特征值矩阵对应的特征向量所组成的噪声子空间.最后通过谱峰搜索得到DOA估计值.算法不影响对非相干信号估计的效果,并且比IMMUSIC(improved multiple signal classification)算法具有更高的估计精度,在低信噪比及信号入射间隔较小的情况下也有良好的准确性.仿真结果表明,提出的改进算法在低信噪比及低采样快拍数的条件下,能有效估计出相干信号的波达方向.     

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.      

广义信号子空间拟合角度-极化联合估计

针对相干信号波达方向(DOA)和极化参数的同时估计问题,提出了适用于任意结构极化敏感阵列和完全/部分极化信号源的广义信号子空间拟合方法.该方法利用空间相位矩阵和信号极化矢量之间的线性关系,借助信号子空间旋转矩阵的适当分离实现了角度和极化参数的解耦,使得DOA估计和极化参数估计可分别通过唯角度和唯极化搜索获得.与传统子阵平滑信号解相干方法不同,广义信号子空间拟合方法对阵列结构无特殊要求,且不存在孔径损失问题.仿真结果表明,广义信号子空间拟合方法在低信噪比和短快拍数条件下性能均要优于空间平滑和极化平滑两种传统方法.     

一种基于均匀圆形阵的宽带相干信号二维波达方向估计方法

提出一种宽带相干信号方位角与仰角二维波达方向估计方法.该方法利用相干信号子空间法对带宽内各个频点的信号子空间进行聚焦,然后用均匀圆形阵建立数学模型,来进行二维波达方向的估计.仿真实验结果验证了方法的有效性.同时研究了信噪比,快拍数,相对带宽对方向估计误差的影响.此外,与现行的方法相比具有较小的计算复杂度.     

一种基于Toeplitz矩阵重构的波达方向估计新算法

为了提高空间谱中信号与噪声的区分度以及改善传统Toeplitz矩阵重构算法在进行波达方向(direction of arrival,DOA)估计时的精度,本文提出一种新的基于Toeplitz矩阵重构的DOA估计算法。首先将观测数据估计的自相关矩阵预处理得到数据向量,并基于数据向量进行Toeplitz矩阵重构;再对重构后的矩阵进行奇异值分解,得到信号子空间和噪声子空间;最后同时利用信号子空间和噪声子空间进行空间谱估计。结果表明:无论是相干源还是非相干源的DOA估计,该算法估计精度均优于传统Toeplitz算法,在非相干源的DOA估计精度性能与多重信号分类(multiple signal classification,MUSIC)算法一致,并在处理相干信源个数能力与传统Toeplitz算法相同。     

矢量水听器阵列超复数模型及在高分辨率波达角估计中的应用

将超复数代数引入矢量水听器信号处理领域,用超复数来整体表示了矢量水听器输出的4个信号分量,并建立了矢量水听器阵列的超复数模型.在此基础上应用基于超复数奇异值分解的超复数MUSIC算法进行波达角估计并进行计算机仿真.仿真时与长矢量方法进行了比较,理论分析表明,运用超复数模型,算法所需的存储量和除法运算量都减少了75%;仿真结果显示,在取得上述优点的同时,超复数MUSIC算法在性能上没有损失.     

基于子空间旋转的信号频率和波达方向同时估计方法

针对宽频段窄带信号,利用时间平移构造伪数据矩阵,同时,将伪数据矩阵信号子空间进行旋转,并通过对构造的信号空间矩阵进行特征分解,提取导向矢量矩阵和旋转因子中所包含的角度和频率信息,从而直接获得频率和波达方向（DOA）的同时估计,计算机仿真表明,该方法在中等信噪比下是有效的,且无需搜索过程和配对处理。     

直接数据特征值分解的相干源DOA估计

提出一种基于均匀圆阵单次快拍数据的相干信源波达方向(direction of arrival,DOA)估计方法——直接数据特征值分解(direct data eigenvalue decomposition,DD-EVD)法. 算法通过模式空间转换将均匀圆阵虚拟为均匀线阵,再直接利用波束空间的快拍数据,构造一个Toeplitz矩阵,并对矩阵按阵列流形分解. 理论推导证明,矩阵的秩得到恢复,只与入射信号个数有关. 对该矩阵进行特征值分解可得到正确的信号子空间和噪声子空间,进而完成相干信源DOA估计. 算法使用单次快拍数据构造矩阵,适合非平稳信号参数的估计,同时不需要快拍累计和相关运算,降低了计算复杂度. 仿真结果验证了算法的有效性.