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。     

互耦误差下MIMO雷达低仰角估计方法

针对互耦误差下多输入多输出（multiple input multiple output, MIMO）雷达的低仰角估计的问题,提出一种目标角度估计的自校准算法。首先分析了收发阵列同时存在互耦误差时的多径回波信号模型,然后利用均匀线阵互耦矩阵的特点对互耦误差下的阵列导向矢量进行变换,最后基于子空间原理推导出目标角度的搜索函数,同时给出多径衰减系数和收发阵列互耦矩阵的计算表达式。推导了各参数的任意无偏估计的Cramer-Rao界（Cramer-Rao bound, CRB）。算法在未知互耦矩阵和存在相干多径信号的情况下可直接进行参数估计,不需要辅助校准源和迭代处理。仿真结果分析了算法估计性能与信噪比、快拍数的关系并与CRB进行了比较。     

FDA-MIMO雷达目标距离、角度及未知互耦参数估计

针对频控阵-多输入多输(frequency diverse array multiple input multiple output, FDA-MIMO)雷达阵列间存在未知互耦合情况的参数估计问题, 提出一种基于数据转换的二维多重信号分类方法。首先, 构造了存在未知互耦合影响的接收信号模型。然后，通过子空间分解的方法得到用于参数估计的谱函数, 并且采用数据转换的方法来解决谱函数由于未知耦合矩阵存在而失真的问题。最后，利用得到的目标距离和角度参数的估计值, 通过类似线性约束最小方差重构优化问题, 估计出耦合系数矩阵。仿真结果验证了所提方法的有效性，能准确估计阵列间存在未知互耦合效应时的参数和互耦合系数。     

Multi-target localization for bistatic MIMO radar in the presence of unknown mutual coupling

A decoupling-estimation signal parameters via rotarional invariance technique(ESPRIT) method is presented for multi-target localization with unknown mutual coupling in bistatic multiple-input multiple-output(MIMO) radar.Two steps are carried out in this method.The decoupling operation between angle and mutual coupling estimates is realized by choosing the auxiliary elements on both sides of the transmit and receive uniform linear arrays(ULAs).Then the ESPRIT method is resilient against the unknown mutual coupling matrix(MCM) and can be directly utilized to estimate the direction of departure(DOD) and the direction of arrival(DOA).Moreover,the mutual coupling coefficient is estimated by finding the solution of the linear constrained optimization problem.The proposed method allows an efficient DOD and DOA estimates with automatic pairing.Simulation results are presented to verify the effectiveness of the proposed method.     

互耦效应对MIMO/SA多天线系统信道容量的影响

多输入多输出/智能天线（multiple input multiple output/smart antenna, MIMO/SA）系统是4G的关键技术之一,多天线的互耦效应是影响MIMO/SA多天线系统性能的主要问题。建立了MIMO与SA相结合的多天线系统模型,推导了互耦效应影响下空间相关系数和信道容量的表达式|通过电磁场数值计算和蒙特卡罗方法仿真MIMO/SA多天线系统的各态历经信道容量。结果表明：在典型的角度谱分布下改变天线间距,考虑互耦效应的信道容量围绕无互耦效应时的信道容量上下振荡|基站天线阵列间距增大信道容量持续增大,移动台天线阵列间距增大到0.5倍波长后信道容量基本保持不变|互耦效应增大信道的空域相关性,从而降低信道容量。     

非均匀线阵的互耦自校正

针对非均匀线阵(non-uniform linear array,NULA)互耦问题进行了研究。与均匀线阵(uniform linear array,ULA)不同的是,NULA的互耦矩阵并不具有带状对称Toeplitz的特性,因而处理起来更为复杂。首先,根据阵列结构的特点,可将其互耦矩阵转换为两个具有Toeplitz特性矩阵相减的形式,从而方便实现角度和互耦系数的解耦合。而后结合子空间原理,同时估计信号的波达方向(direction of arrival, DOA)和互耦系数。算法无需额外的校正源,也不需要非线性的高维搜索和迭代过程,计算量小。仿真结果表明,所提算法能够很好地估计出信号角度和互耦误差系数,具有精度高、分辨力强的特点,可以有效地解决此类NULA的互耦问题。     

基于ESPRIT的均匀互耦线阵DOA及互耦参数估计

利用均匀线阵的特殊结构及其互耦矩阵,提出了一种阵列互耦存在下基于ESPRIT的DOA和互耦参数估计方法.首先通过ESPRIT法中子阵的选取,无需阵列互耦任何信息,直接得到方位估计,即对互耦参数稳健的DOA估计方法;接着在方位估计的基础上,基于真实导向矢量的最小方差拟合得到均匀线阵的互耦系数估计.与已有算法相比,该算法同时利用了天线阵列结构及其互耦特点,一方面将信号角度与互耦系数估计相互分离,使角度估计精度不受互耦估计的制约;另一方面,方位和互耦系数估计均可通过表达式求解,因此算法运算量小.计算机仿真证明该算法的有效性和正确性,并从仿真角度研究了算法分别在幅相误差和互耦矩阵误差下的性能.     

均匀线阵混合信源DOA估计与互耦误差自校正

针对均匀线阵(uniform linear array, ULA)互耦条件下混合信源的波达方向（direction of arrival, DOA）估计问题,基于联合对角化算法,提出了一种基于3步实现的DOA与互耦系数估计新算法。首先利用互耦矩阵的Toeplitz结构实现混合信源中独立信源的DOA及互耦系数的粗估计;然后结合斜投影及前后向空间平滑,实现混合信源DOA估计;最后以广义空间特征矩阵及混合信源DOA估计值为基础,提出一种非子空间类互耦系数自校正方法。计算机仿真结果表明,与同类算法相比,所提算法无论在DOA及互耦系数估计精度、还是在DOA估计成功率方面,均具有明显的优势,且对于高斯背景噪声具有普适性。     

均匀圆阵互耦自校正的级联估计方法

为了校正阵元间的互耦误差,提高波达方向（direction of arrival, DOA）估计算法的性能,针对均匀圆阵,提出一种互耦自校正的级联估计方法。首先利用互耦矩阵的结构特点,从构成互耦矩阵的每个互耦系数入手,重新表示阵列流形;然后利用变换矩阵,构造目标函数,求解线性约束下目标函数最小时所对应的互耦矩阵;最后由互耦矩阵校正阵列流形,进行谱峰搜索,得到入射信号DOA,实现互耦自校正。该算法不需要多维循环迭代,对DOA和互耦矩阵的估计精度较高,计算机仿真和实际测向系统测试验证了该方法的有效性。     

均匀线阵互耦和幅相误差有源校正改进算法

阵列互耦和幅相误差会严重影响MUSIC算法的测向性能,为此重点研究了由互耦和幅相误差引起的阵列误差校正问题。针对均匀线阵,提出了一种改进的阵列误差校正算法,它通过矩阵特征分解得到一组校正源的方向向量来估计阵列误差,改进算法充分利用了均匀线阵互耦矩阵的特殊结构,并通过交替迭代的方法实现了阵列误差参数的优化校正。计算机仿真结果表明,改进算法提高了参数估计精度,并且可推广应用于校正源方位存在偏差的情况。     

瞬态电磁波对多层电缆耦合的数值分析

为了更好的解决电磁兼容的问题,根据电磁场理论对以往提出的瞬态电磁波对电缆耦合效应的模型进行了改进。将一种多层阻抗计算模型应用到单层电缆的计算方法中,对空中和地下的不同层数屏蔽电缆的表皮感应电流、内部感应电压和电流分别进行了分析和计算,并对两种不同结构电缆的内部感应电压进行了比较。仿真结果表明:采用多层电缆可以减少电磁波对电缆内部的耦合,为电磁兼容的预测和设计提供了一种较好的方法。     

用一次快拍数据实现二维完全解相干和解互耦

针对相干信源背景和考虑二维阵列互耦效应时的二维波达方向(direction of arrival, DOA)快速估计问题,提出了一种只利用一次快拍数据即可实现二维完全解相干和解互耦的快速算法--互耦效应下的单次快拍波达方向矩阵(single snapshot DOA matrix method in the presence of mutual coupling, MC-SS-DOAM)法。该算法仅利用特殊阵列的单次快拍数据构造等效的接收数据协方差矩阵,避免了传统算法需要多次快拍累积的弊端,将其分解后得到了具有对角阵形式的等效信号协方差矩阵,因此实现了完全解相干,此时互耦系数已经从阵列流型矩阵中剥离,归入至对角元素中,即实现了完全解互耦。文中进一步对互耦系数可能导致的二维盲角进行了分析。仿真结果表明,该算法能够完全实现解互耦和解相干,且仅利用一次快拍的本文算法二维估计性能接近50次快拍的DOAM算法,明显优于40次快拍的DOAM算法。     

Direction of arrival estimation on cylindrical conformal array using RARE

When the information of mutual coupling and shadowing effect of a conformal antenna array are unknown,the performance of direction of arrival (DOA) estimation will be seriously degraded by using some classical methods,such as the multiple signal classification (MUSIC) algorithm.Meanwhile it is difficult to measure or estimate the shadowing effect.The DOA estimation for a conformal uniform circular array (UCA) is studied.Firstly,the azimuthal angle is separated from all the unknown information by transforming the UCA from the element space to the mode space.Then the rank reduction (RARE) algorithm is applied in the estimation of the azimuthal angle.The π ambiguity existed in the RARE is solved by the beam forming.The main advantage of this method is that it does not need to measure the mutual coupling and the shadowing effect.Compared with the subarray method,it will not decrease the aperture of the array.Simulation results validate the advantages of the method.     

基于信息理论的舰船噪声盲分离算法

目前水声信号处理方法大多基于信号和环境的特定统计假设 ,使用限制较大。当模型假设不成立时 ,会严重影响信号处理效果。本文导出了基于信息理论的舰船噪声盲分离算法。该算法利用当信号相互独立时的信息理论特性 (互信息量最小或熵最大 )作为分离准则 ,逐步学习确定分离矩阵。算法无需输入信号和混合矩阵的任何先验知识 ,实验仿真证明了算法的有效性。     

米波圆阵雷达全向测角算法及其性能分析

基于均匀圆阵的相位模式激励提出了一种实用的全向测角算法。在互耦矩阵为对称Toeplitz矩阵的情况下,该方法可以消除天线阵元间互耦的影响并通过解模糊可以实现全方位测角。通过对该方法中固有误差、噪声和通道幅相不一致等对测角精度影响的理论分析,得到了各种因素与测角精度间的显式关系,进而可以为阵列参数的选择和根据测角精度要求提出对各种因素的约束指标提供参考。仿真结果验证了理论分析在相应条件下的正确性。     

多子阵互耦影响下的鲁棒自校正算法

针对多子阵中各子阵的标称方向可能存在扰动偏差这一问题,给出了一种多子阵互耦影响下的鲁棒自校正算法。与现有很多互耦自校正算法类似,本文算法同样利用了均匀线阵互耦矩阵的带状、对称Toeplitz性以及多子阵互耦矩阵的块状对角特性,从而避免了多参数联合估计中的多维非线性搜索以及迭代运算。不同的是,本文算法能够克服各子阵标称方向的扰动偏差,具有更强的鲁棒性。此外,还推导了多参数联合估计的克拉美罗界。仿真实验验证了本文算法的有效性和优越性。     

基于实值三线性分解的互耦条件下双基地MIMO雷达角度估计算法

研究互耦背景下双基地多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)雷达中联合波离角(direction-of-departure,DOD)波达角(direction-of-arrival,DOA)的估计问题。为利用阵列信号的多维结构,将匹配滤波后的雷达数据表述成一个三阶张量模型。考虑到均匀线性阵列互耦矩阵的带状Toeplitz特性,利用部分阵元方向矩阵具有共同的尺度变换特性消除互耦的影响。结合前后平滑技术和酉变换技术,构建去耦后数据的增广输出三线性模型,再将联合DOD与DOA估计与三线性模型相联系。所提算法能够获得自动配对的目标角度估计,且由于平滑技术的使用,所提算法对相干源具有一定的分辨能力。此外,由于增广三线性模型为实数,因而所提算法的计算复杂度低。最后,通过仿真实验验证了所提算法的有效性。     

Hybrid alternate projection algorithm and its application for practical conformal array pattern synthesis

Based on the fabricated 12-element cavity-backed microstrip sector cylinder array,a novel hybrid alternate projection algorithm(HAPA),which combines analytical method with numerical techniques effectively,is proposed for synthesizing the pattern of practical conformal array.The algorithm applies the variable direction aperture projection method with mutual coupling correction techniques to provide the good initial excitations of elements to the enhanced alternate projection algorithm(EAPA).In order to do further optimization,which improves the convergent speed of the algorithm significantly.Finally,the HAPA has been applied to the fabricated sector cylinder array with mutual coupling considered.The results of synthesized patterns,such as low sidelobe with null points formed pattern,beam scanning with low sidelobe pattern and the shaped beam pattern are presented.It demonstrates the validity of HAPA in practical conformal array synthesis.     

高自由度低互耦的广义二阶嵌套MIMO雷达DOA估计

针对传统二阶嵌套阵自由度低、互耦率高的问题, 提出高自由度、低互耦的广义二阶嵌套多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达阵列, 用于波达方向(direction of Arrival, DOA)估计。首先, 在传统二阶嵌套阵的收发两端分别引入互质扩展因子, 抑制阵元互耦的同时提升阵列的自由度; 其次, 推导了“和差联合阵列”结构下, 包括互质扩展因子、连续虚拟阵元数和总虚拟阵元数在内的自由度闭式解; 最后, 针对不同互质扩展因子造成的离散孔洞问题, 基于原子范数最小化理论, 在不连续点出填补虚拟阵元, 并建立恢复填补虚拟阵元等价接收信号的凸优化模型, 结合多重信号分类算法进行DOA估计。仿真实验验证了阵列结构的合理性和算法的有效性。     

通道不一致性、互耦对最优阵列处理器的影响

本文研究了通道幅相不一致性、互耦这两种误差对最优阵列处理器性能的影响。理论分析结果表明,对于只利用干扰加噪声协方差矩阵求逆的自适应方法(简称NAMI法),当干噪比(JNR)较大时,这两种误差不会导致零点位置的漂移,但零点深度有所变化;对于信号加干扰和噪声协方差矩阵求逆自适应方法(简称SPNMI法),当信噪此(SNR)较小或较大时,零点位置变化不大,但性能损失比NAMI法严重得多。如果能加以补偿,则SPNMI法与NAMI法有相同的结果。我们用矩量法计算得到的互耦矩阵对此进行了仿真模拟,实验结果证明了理论分析的正确性。