基于数据矩阵的非圆相干信号完全解相关算法

提出了一种非圆相干信号完全解相关算法。不同于传统阵列信号中每次快拍形成一组数据矢量,该算法每次快拍形成一组数据矩阵。通过形成的数据矩阵,在矩阵内部实现虚拟平滑以达到解相干目的,通过数学证明,有该数据矩阵形成的信号相关矩阵可以等效成入射端信号为独立源时形成的信号相关矩阵,这样使得相干源之间得到完全解相关。该方法无孔径损失,可检测N-1个相干源(N为阵元个数)。计算机仿真验证了该方法的有效性和优越性。     

未知相关噪声下的广义波达方向估计算法

针对未知相关噪声情况下信源波达方向的估计,提出一种适用于均匀线阵的广义波达方向估计算法。该算法利用修正后的协方差差分算法,有效地消除了阵元间的相关噪声的影响。不同于以前的算法,提出的算法通过对接收数据的前后向空间平滑协方差矩阵进行共轭运算得到新的变换矩阵,因此修正后的协方差差分矩阵是个实部为零的厄米特矩阵,从而有效地降低了特征分解过程的计算量。本算法能解决相关噪声下,同时分辨相干与非相干信源的问题。理论分析和仿真结果均表明所提算法的有效性。     

基于数据矩阵分解的相干源方向估计新方法

提出一种相干源存在情况下的波达方向估计新算法。利用阵列快拍数据构造数据矩阵,相关去噪后,通过奇异值分解获得低维信号子空间的估计,然后运用ESPRIT思想估计出波达方向。无论是否存在相干源,新算法均能有效估计出波达方向,并且无需角度搜索,运算量小。该算法虽基于一维线阵,但可直接推广到具有线性性质的二维平面阵,如L形阵、十字阵、双平行线阵等。计算机仿真验证了算法的有效性     

基于虚拟阵列扩展的改进加权空间平滑算法

针对相干信源的波达方向(direction of arrival, DOA)估计问题, 传统的空间平滑算法通过减小阵列孔径来解相干, 导致估计精度降低。本文以相干分布源为研究对象, 首先通过扩展共轭虚拟阵列增大阵列孔径, 使用Toeplitz算法进行预估计, 根据预估计值构建加权矩阵, 通过二次加权空间平滑恢复协方差矩阵的秩, 消除信号的相干性, 结合传播因子算法估计得到目标信源的入射角度。该算法充分利用子阵输出的自相关和互相关信息, 改善了阵列孔径带来的精度影响。仿真结果表明, 所提算法对相干信源具有良好的分辨能力和估计精度, 在低信噪比时鲁棒性较好。     

单次快拍波达方向矩阵法

提出了一种新的基于阵列系统单次快拍数据的相干信源二维波达方向(direction of arrival, DOA)快速估计方法--单次快拍波达方向矩阵法(single snapshot DOA matrix method, SS-DOAM)。该方法保持了原DOA矩阵法无需二维谱峰搜索和参数配对的优点,利用阵列系统结构特点,构建单次快拍数据矩阵,通过对单次快拍波达方向矩阵进行特征分解,解决了二维DOA估计问题并实现了相干信源完全解相干。由于该算法只利用一次快拍数据,不需要快拍累计和进行相关运算,计算复杂度大幅降低,适用于对二维DOA估计实时性要求高的应用背景。针对单快拍算法在低信噪比时估计误差较大的问题,进一步提出了利用同相数据叠加来改善估计精度的对策。仿真结果证明了该方法的有效性。     

空间相干信号的频率和二维到达角估计算法

针对宽频段窄带信号的参数估计,提出了一种空间相干信号频率和二维到达角联合估计的算法——TSS-DOA算法。TSS-DOA算法利用双平行线阵的时空数据以及平滑技术构造了一个时空平滑矩阵,通过对其进行特征分解,并利用分解得到的特征值和特征矢量估计出空间相干信号的三维参数。该算法能精确地估计信号的三维参数,无需多维谱峰搜索,具有计算量小,三维参数自动配对的优点,并有效地解决了信源参数兼并问题。计算机仿真结果验证了算法的有效性。     

基于互相关矢量重构的解相干算法研究

针对相干信号源的波达方向角估计问题,提出了一种能有效解相干的互相关矢量Toeplitz算法。该算法利用了阵列接收数据互相关矢量的内在关系实现了相干源的完全解相干,在相干系数等于1的情况下,不损失阵列孔径,不需要通过空间平滑和加权。相对常规的空间平滑类算法,该方法实现简单,运算量小、鲁棒性好、估计精度高。通过仿真试验证明了该方法的有效性。     

基于噪声圆形特性的宽带相干信号DOA估计方法

针对色噪声下基于差分去噪的宽带相干信号波达方向(direction of arrival, DOA)估计方法对相干信源数有限制的问题,提出一种基于噪声圆形特性去噪和Toeplitz矩阵重构的估计算法。首先,对接收到的信号求取协方差矩阵,利用噪声的圆形特性消除噪声。为达到对协方差矩阵进行Toeplitz矩阵重构的要求,通过协方差矩阵相乘来构造新的数据协方差矩阵。然后,通过Toeplitz矩阵重构来解相干。最后,利用旋转子空间算法准则构造聚焦矩阵,使用传播算子算法实现DOA估计。理论分析及仿真实验验证了该算法的有效性,该算法对相干信源数的奇偶没有限制,同时该算法也适用于高斯白噪声下宽带相干信号DOA估计的场景。     

相关噪声下基于对角加载的相干信源DOA估计算法

针对更为广泛的空间相关噪声背景下相干信源的DOA估计问题,提出了一种对角加载的改进空间差分平滑（diagonal loading improved spatial smoothing difference, DL ISDS）算法。该算法利用均匀线阵协方差矩阵的Toeplitz分解特性进行差分运算对消相关噪声,将独立和相干信源分开分辨,重复利用阵列接收数据,可分辨更多信源,相比常规谱估计算法,DL ISDS算法具有更强的信源过载能力及阵元节省能力;另外,该算法无需预知或专门估计相干信号源数及特征值分解,可明显减小算法的运算量和复杂度。计算机仿真结果证明了DL ISDS算法理论的正确性和有效性。     

基于延时相关处理的ESPRIT算法

为了提高旋转不变子空间(estimation of signal parameters via rotational invariance techniques, ESPRIT)算法的分辨力和测角精度,充分利用非零延迟相关函数中信号入射角度的信息,提出了基于延时相关处理的ESPRIT算法。根据所有阵列间延时相关信息,构造新的阵列输出矩阵,并且得到新的协方差矩阵。对新的协方差矩阵进行特征值分解得到特征向量,通过将特征向量划分得到含有入射角度信息的子阵,最终求得信源的入射角度。仿真结果表明,该算法的分辨力和测角精度均优于原ESPRIT算法,并且在小角度间距情况下也有较好的分辨性能。     

盲频移滤波器信号提取的改进算法

利用循环平稳特性可以进行信号提取,频移滤波器对循环频率误差较为敏感。分析了循环频率误差导致频移滤波器恶化的原因,针对存在循环频率误差时频移滤过波器性能急剧下降的缺点,采用遗忘因子法对频移滤波器进行改善。理论分析表明,引入遗忘因子可以消除采样有限时间窗谱函数的零点,从而大大降低了频移滤波器对循环频率误差的敏感性。该算法无需对循环频率进行估计,计算量小、易于实现,仿真实验证明了该算法是有效的和可行的。     

单快拍相干信号自适应波束形成方法

针对低快拍条件下相干信号波束形成问题,提出一种单快拍相干自适应波束形成方法。首先,构造Duvall特征消除器滤除阵列接收信号中的期望信号,再利用空间平滑方法解相关。然后,依据Hung Tuner算法对平滑后的协方差矩阵进行Gram Schmidt正交化,快速重构干扰信号子空间。最后,将静态权矢量在干扰子空间内的正交投影作为波束形成最优权矢量。该算法可有效避免协方差矩阵求逆和特征分解造成的复杂计算,且能降低由于期望信号泄露造成的子空间估计误差,在单快拍条件下性能良好。仿真分析验证了算法的优越性和理论分析的有效性。     

基于发射分集的MIMO雷达相参信号处理方法

针对多个运动的慢起伏目标情况,研究了发射分集多入多出(multiple input multiple output,MIMO)雷达的相参信号处理方法.提出了一种重复利用回波数据的目标参数估计算法.发射分集MIMO雷达的发射阵元间距满足空间分集条件,其接收端采用阵元间距为半波长的均匀线阵.按距离门对其回波信号进行脉压-Capon谱估计,可提取出各目标对应不同发射阵元的初步位置信息.然后利用回波数据及目标的初步位置信息,把同一目标对应不同发射阵元的脉压数据矢量经多普勒频移和相位补偿后相加,再进行Capon谱估计,获得高精度的目标方位角估计值.仿真结果表明,该算法可对雷达观测区域内的多个动目标进行高精度定位.     

基于DBZP差分相干的GPS信号捕获算法

针对弱信号环境下全球定位系统(global position system, GPS)信号捕获问题,提出了一种基于双块零拓展（double block zero padding, DBZP）差分相干捕获算法。该算法将快速傅里叶变换（fast Fourier transform, FFT)、DBZP、差分相干及频率误差修正等4项技术有机结合,从而有效减小了在FFT计算过程中由大多普勒频移引起的码片速率变化而造成的相关功率损失,同时也削弱了残余多普勒频率造成的功率损失。实验表明,算法能明显提高系统捕获性能,在仿真数据集下,与直接FFT差分相干算法相比,捕获灵敏度提高了约2.8 dB,并在给定的积分时间及载噪比下,捕获频率误差的标准差小于20 Hz;在实验数据集下,与直接FFT差分相干算法相比,捕获结果信噪比提高了约3 dB。     

面向高分辨率极化SAR四分量分解的相干矩阵自适应估计

提出了一种相干矩阵的自适应估计方法,基于估计结果矩阵进行传统四分量分解,以提高高分辨率极化合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)四分量分解的准确性。该方法根据像元主要散射类型对估计样本做自适应选取,消除异质像元对估计结果的影响;并通过对地物异质度的判别实现窗口平均估计和不动点迭代估计的自适应选择,以适应不同异质程度的地物分布情况。实验采用ESAR以及UAVSAR数据进行验证,结果表明,采用自适应矩阵估计的四分量分解结果更接近地物的实际散射机理。     

一种基于四阶累积量的相干信号测向算法

利用四阶累积量估计相干信号的来波方向(DoA)需要获得修正阵列的方向矩阵。提出了一种估计修正阵列方向矩阵的改进算法,它减少了计算量,通过模式激励和空间平滑,实现均匀圆阵对来自不同独立信号源的相干信号的DoA估计,并利用虚拟阵列流形的中心对称性,将复矩阵的特征分解转换为实矩阵的特征分解,减少了计算量。相比基于自相关矩阵的算法,所提出方法提高了阵元利用率,有效地抑制了高斯噪声,不需要对模式激励后的数据进行白化处理,仿真结果表明,在低信噪比和多个独立信号源存在的条件下,有更明显的优势。     

改进声矢量阵相干信号源方位估计算法

为提高声矢量阵相干信号方位估计能力,针对二维紧凑结构的声矢量均匀线阵情况,给出一种改进算法。该算法首先利用解析振速与声压信息,重构接收数据,求出协方差矩阵,并提取信号子空间第一列的3个分矢量进行孔径扩展。然后,利用类单块拍条件下的矩阵重构得到3个新矩阵并合并。最后,套用奇异值分解的多重信号分类算法得到目标波达方位估计。分析表明,所提算法利用数据的组织形式使信号矩阵对角化,最终恢复了矩阵的秩,而且具有一定的孔径扩展能力。同时,所提算法矢量阵阵列流形所具备的方向因子可以在模糊角度处形成抑制,保留了矢量阵的单边指向性。仿真结果证明,此算法无论在角度估计精度还是分辨率方面都要优于矢量阵空间平滑与矢量平滑算法。     

基于ROSAR的高分辨波数域成像算法

旋转式合成孔径雷达(rotor synthetic aperture radar,ROSAR)是一种新型成像雷达,在高分辨条件下,距离徙动对ROSAR成像结果影响严重。波数域成像算法利用插值操作实现距离徙动的精确校正,但由于ROSAR复杂的斜距历程,导致传统波数处理获得的二维波数谱形式复杂,难以进行插值操作。针对这一问题,提出了一种改进ROSAR波数域成像算法。重新构建角度维波数,通过求解隐函数获得易于插值操作的信号二维波数域表达式,设计参考函数消除高频调制影响,最终通过Stolt插值实现宽波束大场景下距离徙动无近似校正与精确聚焦。仿真实验验证了算法的可行性与有效性。     

基于信号重建的分布式相参雷达相参参数估计算法

分布式相参雷达(distributed coherent aperture radar, DCAR)基于相参参数(coherent parameters, CPs)调整空间分布单元雷达发射和接收时的时间、相位,实现信号相参合成,以提高对空间关注区域的探测性能。故获得高精度的CPs估计是DCAR实现相参合成的前提。然而,估计CPs需要的理想同频正交信号并不存在,非理想正交信号间互相关能量泄漏严重制约CPs的估计性能。为此,提出一种基于重建-剥离-重建的信号处理框架来重建“干净”匹配滤波输出,再由重建的“干净”信号估计CPs的方法。仿真实验证明,该方法能有效抑制非理想正交信号间的互相关能量泄漏,并显著提升CPs的估计精度。     

一种在未知噪声下的快速波达方向估计方法

提出了一种基于传播算子方法的波达方向估计（direction of arrival, DOA）算法,和传统的子空间方法相比,该方法不需要进行矩阵特征分解,有效降低了运算复杂度,同时它对相干信源有更高的分辨率。另外,传统的传播算子方法只在噪声协方差矩阵已知并且信噪比（signal-to-noise ratio, SNR）较高的情况下才有很好的分辨率,而本方法在未知相关噪声场中也能够保持非常高的精度。最后,引入了基于混沌优化思想的谱峰搜索算法,进一步减少了算法运算时间,并通过仿真实验验证了文中结论。