自适应空域矩阵滤波器设计和目标方位估计

针对在强干扰背景中检测弱目标信号时被动声信号处理技术的性能会严重降低的问题,提出了一种自适应空域矩阵滤波器的设计方法。该方法是在保证滤波器通带响应与期望响应误差和阻带响应低于某设定值的条件下,最小化滤波后基阵的输出功率,使得滤波器能尽量保证让通带扇面的信号无失真通过,同时抑制阻带扇面的干扰和噪声。将滤波器的优化设计问题表达成二阶锥规划的形式,利用已有的内点方求出其数值解。最后将设计的自适应空域矩阵滤波器用于强干扰背景中弱目标信号的方位估计。计算机仿真结果说明,所提方法能在干扰方位形成零陷,有效地抑制阻带区域的强干扰,提高了后续方位估计方法的性能。     

自适应波束域高分辨方位估计新方法

提出了基于均匀线列阵的自适应波束域MUSIC(ABMUSIC)法,它利用原有多波束系统的输出估计目标的分布区间,根据目标的空间分布情况自适应形成波束转换矩阵,并让形成的空间波束的主瓣覆盖目标所在的空间区域。ABMUSIC法形成的波束不仅能随目标的空间分布自适应调整波束的指向性和密集度,而且只在目标分布的空间区域形成波束,提高了信噪比。进行了相干和不相干情况下的性能仿真比较,结果表明:在相干和不相干情况下,ABMUSIC方法的高分辨估计性能都明显优于BMUSIC和MUSIC,并且不增加运算量,具有重大工程应用价值。     

基于线性预测的ETAM水下目标方位估计方法

在传统的扩展拖曳阵列测量（extended towed array measurements, ETAM）方法的基础上，提出一种基于线性预测(linear prediction, LP)的ETAM水下目标方位估计新方法（LP-ETAM）来估计多个相干目标的方位。首先,使用传统的ETAM方法由物理阵的接收数据矩阵合成扩展后的虚拟阵的接收数据矩阵。然后,根据虚拟阵的接收数据矩阵来计算向前和向后线性预测的空域滤波器系数，并使用外推插值方法将虚拟阵向左方和右方扩展来得到更长的虚拟阵。最后，对最终得到的虚拟阵使用常规波束形成法输出波束来确定目标的方位。仿真实验显示,与ETAM方法相比，LP-ETAM对水下远程目标具有更好的分辨能力和阵增益。     

水下目标宽带高分辨方位估计方法的性能研究

针对水下宽带处理的应用，研究了宽带高分辨方位估计的相干信号子空间处理方法（CSS）。应用子空间扰动分析研究了宽带CSS法的统计性能，得出了宽带CSS法方位估计误差随信噪比变化的关系。通过计算机仿真，得到了宽带CSS法的分辨概率和均方误差曲线，以及噪声背景和混响背景中CSS法的统计性能曲线。研究结果表明：宽带CSS法估计精度高，方位估计均方误差达到宽带CRB；分辨门限低，抗混响能力强，是实现水下目标宽带高分辨方位估计的有效方法。     

多目标方位高分辨估计方法的实验研究

从实验的角度出发 ,分析讨论了阵列误差条件下多目标方位高分辨估计方法的参数估计性能以及工程应用前景 ,并针对子空间类法研究了一种阵列输出协方差矩阵的Toeplitz化预处理方法。实验结果表明 ,在高信噪比的情况下 ,该预处理方法可以明显地减小阵列误差对估计结果的影响 ,有效地改善子空间类法的稳健性和多目标分辨能力 ,而且估计精度良好。     

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MH抽样的Bayesian方位估计快速算法

针对Bayesian方位估计计算量大的问题,将马尔可夫蒙特卡罗方法与Bayesian方位估计相结合,提出一种基于MH(Metropolis-Hastings)抽样的Bayesian方位估计新方法(简称MHB).该方法将Bayesian算法的空间谱函数作为信号的概率分布函数,并利用MH抽样方法从该概率分布函数中抽样.研究结果表明,MHB方法不但保持了Bayesian方位估计方法的优良性能,而且大大减小了计算量.     

一种改进的MIMO阵列子空间方位估计方法

针对MUSIC(multiple signal classification)类方位估计方法在低信噪比下性能较差的问题,利用多输入多输出系统中已知的发射信号信息和阵列结构本身的特点来改进传统的MUSIC类子空间估计方法。在常规SSMUSIC(signal-subspace scaled MUSIC)方法的基础上,通过对接收信号做匹配滤波和对样本协方差阵做空间平滑来减小噪声子空间的方差,从而大大改善了该方法在低信噪比时的性能。仿真实验结果表明:在文中给定的实验条件下,相比常规SSMUSIC方法,所提方法具有更低的分辨门限和更小的均方根误差。     

基于Stirling插值滤波和扩展卡尔曼滤波的方位估计

插值间距的适当选择可以从某种程度上确保剩余项更接近于全Taylor级数的高阶项,因此,对大多非线性比较强的状态估计问题来说,基于Stirling插值原理的SIF要比EKF具有更大的优越性。估计方位时我们用仿真实验分别对SIF和EKF的特性进行了比较,用四元数而不用欧拉角来表示旋转量以消除方位估计的奇异性问题,状态向量包括四元数方位和旋转速度,以四元数作为测量输入,因此测量方程是线性,仿真实验结果表明:由于动态系统的准线性本质,估计四元数方位时EKF特性要比SIF好。     

基于蚁群算法的最大似然方位估计快速算法

针对最大似然(maximum likelihood, ML)方位估计方法多维非线性搜索计算量大的问题,将连续空间蚁群算法与最大似然算法相结合,提出基于蚁群算法的最大似然 (ant colony optimization based maximum likelihood, ACOML) 估计新方法。该方法将传统蚁群算法中的信息量留存过程拓展为连续空间的信息量高斯核概率密度函数,得到最大似然方位估计的非线性全局最优解。仿真结果表明,ACOML方法保持了原最大似然方位估计方法算法的优良估计性能,而计算量只是最大似然方法的1/15。     

基于特征向量空间聚焦的宽带DOA估计方法

针对传统宽带阵列信号波达方向(direction of arrival,DOA)估计方法中由入射角预估带来的DOA估计偏差及其在多径效应等环境下的应用问题,提出基于特征向量空间聚焦的宽带阵列DOA估计方法.首先,考虑多径干扰等对DOA估计算法的影响,对接收信号自相关矩阵进行平滑处理.然后,以平滑自相关矩阵特征向量空间过...     

基于互质阵虚拟阵列空间平滑的相干信号DOA估计方法

针对相干信号波达方向(direction of arrival, DOA)以空间平滑方法为基础的算法中阵列孔径损失严重以及低信噪比环境下算法估计性能较差等问题,提出一种无需信源数先验信息的互质阵列相干信号DOA估计方法。首先,对互质阵列得到的协方差矩阵矢量化,在虚拟阵元空洞位置内插天线零元,重构协方差矩阵为Toeplitz矩阵,拓展阵列孔径。然后,对重构阵列进行前后向空间平滑处理,消除信号相干性,提高算法估计性能。最后,将前后向平滑矩阵类比均匀对称阵列的协方差矩阵,设计代价函数转化为凸优化问题,通过谱峰搜索进行DOA估计。理论分析及仿真结果表明,该方法无需入射信号信源数,计算复杂度低,且在低信噪比环境下相干信号DOA估计数、估计分辨率以及估计精度都得到了明显改善。     

基于非圆信号的MIMO阵列方位估计方法

给出了多输入多输出（multiple-input multiple-output, MIMO）阵列的阵列信号模型。针对信号为非圆信号的形式,提出了一种在MIMO阵列中基于非圆信号的共轭多重信号分类方法（multiple-input multiple-output conjugate multiple signal classification, MIMO CMUSIC）。这种方法充分利用非圆信号的特点,从阵列接收数据构造共轭对称的Toeplitz矩阵得到伪协方差矩阵,然后用常规MUSIC方法进行处理。仿真结果表明,与常规MUSIC方法相比,在只需要一次或者少次快拍下,此方法在MIMO阵列中能够分辨多个目标,性能远优于常规的MIMO MUSIC方法。     

基于焦面场的多波束反射面天线二维DOA估计

利用致密焦面阵列馈源，通过二维来波方向（direction of arrival，DOA）估计算法判别干扰信号的方向，是多波束反射面天线设计中的一个重要环节。由于阵列馈源接收的信号由源信号在反射面焦平面上的电场决定，其阵列流形与常规DOA估计平面阵列的阵列流形不相同；焦面场一般是不均匀的，因此选用的阵列单元接收的信号幅度也不相同，部分阵列单元接收的信号会比较微弱；不同的焦面场选用的阵列单元不同，对应的阵列结构也不相同，且其往往是不规则的；源信号经过反射面反射后，阵列单元接收的信号之间的相关性会降低。这些因素决定了阵列馈源的DOA估计具有特殊性。因此结合焦面场，设计了多波束反射面天线二维DOA估计方法，并进行了仿真，仿真结果证明了该方法的有效性和实用性。     

Low-complexity method for DOA estimation based on ESPRIT

A low-complexity method for direction of arrival (DOA) estimation based on estimation signal parameters via rotational invariance technique (ESPRIT) is proposed. Instead of using the cross-correlation vectors in multistage Wiener filter (MSWF), the orthogonal residual vectors obtained in conjugate gradient (CG) method span the signal subspace used by ESPRIT. The computational complexity of the proposed method is significantly reduced, since the signal subspace estimation mainly needs two matrixvector complex multiplications at the iteration of data level. Furthermore, the prior training data are not needed in the proposed method. To overcome performance degradation at low signal to noise ratio (SNR), the expanded signal subspace spanned by more basis vectors is used and simultaneously renders ESPRIT yield redundant DOAs, which can be excluded by performing ESPRIT once more using the unexpanded signal subspace. Compared with the traditional ESPRIT methods by MSWF and eigenvalue decomposition (EVD), numerical results demonstrate the satisfactory performance of the proposed method.     

基于M-FIPM的无网格DOA估计算法

针对目前快速内点法(fast interior point method,FIPM)无法处理多快拍情况下半正定规划(semi-definite programming,SDP)问题的缺陷,提出一种基于多快拍FIPM (multiple snapshots FIPM,M-FIPM)的无网格波达方向(direction o...     

基于四阶累积量和时间平滑的相干信号DOA估计

高斯色噪声背景下,针对多径环境下的多用户波达方向（direction of arrival, DOA）估计问题,提出一种联合处理算法。新算法首先利用四阶累积量估计出各个用户的空间特征,然后利用基于时间平滑的多重信号分类 (multiple signal classification,MUSIC)算法实现各用户多径信号的DOA估计。该算法突破了传统空间平滑类算法的局限,对于M元均匀线阵,新算法最多可估计M×(M－1)个DOA,且各DOA与各用户可自动实现配对。计算机仿真结果验证了算法的有效性。     

基于插值拟合的抛面共形阵盲极化DOA估计

共形阵的载体曲率形式复杂, 导致抛面共形阵的方向图指向不同, 而且不同天线单元的极化特性迥异。常见的圆柱阵、圆锥阵在同一母线上的极化分量是相同的，但是抛面共形阵的载体曲率是变化的，因此抛面共形阵的参数估计问题需要考虑极化分量的影响，导致无法直接用同一母线上阵元回波数据结合免搜索算法获得目标二维波达方向(direction of arrival, DOA)估计。首先，提出一种通过插值拟合思想将抛面共形阵带有极化参数的阵列流形拟合成无极化参数的阵列流形, 然后合理选择子阵对, 再利用旋转不变技术估计信号参数(estimation of signal parameters via rotational invariance techniques, ESPRIT)方法实现盲极化的DOA估计, 同时给出了经过插值拟合后的克拉美罗边界(Cramer-Rao bound, CRB)。最后仿真验证了方法的有效性。     

基于检测概率的雷达网协同干扰效果评估方法

针对突防编队对抗雷达网的应用背景,以雷达网检测概率为评价指标,建立了应用于干扰机编队多样式协同压制雷达网的干扰效果评估模型。首先阐述了影响压制效果的时间、空域、频率和处理增益4个因素,据此计算了单部雷达在多样式干扰下的检测概率。然后结合雷达网判决中心的工作方式,将网内成员雷达在多样式干扰下的检测性能映射到计算全网的受干扰影响程度。最后充分利用干扰机编队的航线信息,提出以“电子对抗环境下雷达网判决中心对不同航线段内突防编队的联合检测概率下降程度的加权积分”为干扰效果评估函数,建立干扰机编队对雷达网的多样式干扰效果评估模型。仿真结果表明,该模型在雷达网干扰效果评估问题上具有很好的应用性,对合理分配干扰资源、提高干扰机编队的整体干扰效果也有一定的指导意义。     

最优冗余线阵欠定信号双重构DOA估计方法

针对最小冗余线阵难以用于阵列设计的问题, 设计了一种性能相近的最优冗余线阵, 为实现相应阵列的欠定信号到达角(direction of arrival, DOA)估计, 又提出了一种基于两次重构的快速协方差向量稀疏表示方法。该方法利用凸优化中最优解条件, 实现了Toeplitz协方差矩阵的快速高精度重构, 进而基于构造的协方差向量稀疏表示模型, 实现了欠定信号DOA估计。仿真结果证明, 最优冗余线阵相较于其他稀疏线阵, 耦合影响更低, 测向精度更高, 所提算法较同类算法DOA估计精度更高。