基于空时频分析的多分量跳频信号DOA估计

提出了一种基于空时频分析的多跳频信号波达方向(direction of arrival, DOA)估计方法。该方法能够在欠定条件下(传感器数目小于信号数目)实现多个信号的测向。首先将信号的短时傅里叶变换(short time Fourier transform, STFT)与平滑伪魏格纳-威利分布(smoothed pseudo Wigner-Ville distribution, SPWVD)组合,利用STFT的无交叉项和SPWVD的时频聚焦性性能,得到了一种切实可行、时频图清晰稳健的分布;然后在时频域提取有效跳(hop),并建立该hop的空时频矩阵,最后分别运用线性空时频、二次空时频和root-MUSIC共三种方法估计每hop信号的DOA。仿真结果验证了方法的有效性。     

基于时频重排多分量辐射源信号分析研究

针对常规时频方法用于多分量信号分析的不足,基于时频重排方法克服多分量信号交叉项干扰和时频聚集性之间的矛盾且具有较好抗噪声性能的特点,在对时频重排原理进行综述的基础上,将其用于对多分量辐射源信号进行时频分析,并与其它方法进行了比较。仿真实验表明,时频重排方法不仅提高了时频聚集性,有效抑制了多分量的交叉项干扰,具有较好的抗噪声性能。     

α稳定分布噪声中基于最优核时频分析的跳频信号参数估计

针对传统非线性时频分析方法在跳频(frequency hopping, FH)信号参数估计时,会出现严重的交叉项和参数估计精度降低等问题,引入径向高斯核(radially Gaussian kernel,RGK)时频分析方法,该方法根据FH信号的不同自适应选择最优核函数,从而有效抑制交叉项。RGK时频分析方法可在高斯噪声环境下估计FH信号的参数,但在脉冲性较强的α稳定分布噪声中,该方法性能退化甚至失效。对此,结合最大似然估计理论,提出了一种α稳定分布噪声环境下的加权最大似然广义柯西(weighted maximum likelihood generalized Cauchy,WMGC)滤波的新方法。采用基于WMGC滤波器的RGK时频分析方法(WMGC RGK方法,即WR方法),对该噪声中的跳频信号进行参数估计。仿真结果表明,与基于分数低阶及Myriad的时频分析方法相比,WR方法在α稳定分布噪声中具有良好的鲁棒性和优良的跳频信号参数估计性能。     

基于修正空时频分布矩阵的到达角估计

讨论了密集信号环境下,雷达侦察系统对信号到达角(DOA)的估计方法。首先对参考阵元的输出作时频分析,估计信号的频率参数,从而选择时频脊点构造方向矩阵;然后对各阵元输出求互Wigner Ville分布(XWVD)以构造修正空间时频分布(STFD)矩阵;最后用修正STFD矩阵代替传统MUSIC算法中的协方差矩阵即可求得信号的时频———MUSIC空间谱,从而得到信号的DOA。计算机仿真结果表明该算法可实现对常规雷达脉冲、线性调频信号等多种信号的DOA估计。     

基于自适应LPFT的非平稳信号到达角估计

对非平稳阵列信号处理来说,通过时频分析预处理可以提高对不同信源到达角(direction of arrival, DOA)的分辨能力和估计精度。本文以提高在多信号分量环境下时频表示的能量聚集性为目标,提出一种自适应的局部多项式傅里叶变换(local polynomial Fourier transform, LPFT)方法,通过对信号瞬时频率曲线进行多项式拟合,确定LPFT的窗函数长度及各阶系数,以较小的计算量实现自适应时频分析。在此基础上,提出一种基于自适应LPFT的多信号分类(multiple signal classification,MUSIC)算法。仿真结果表明,与其他时频MUSIC算法相比,该方法对信号形式的适应能力强,在DOA估计精度、多信源角度分辨能力方面具有一定优势。     

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...     

一种基于常幅约束的波达方向估计方法研究

在文献 [1]的基础上 ,提出了一种新的基于常幅约束的单次快摄迭代波达方向 (Direction -of-Arrival,DOA)估计方法。这种迭代DOA估计方法不需要进行谱峰搜索、多维参数搜索、多项式求根运算或联合对角化过程 ,即可得到窄带信号的DOA估计。仿真实验结果表明 ,这种高分辨的DOA估计方法的估计性能适用于低信噪比环境。     

基于ESPRIT的多基线分布式阵列DOA估计方法

为了提高分布式阵列在低信噪比（signal-to-noise ratio, SNR）条件下的波达方向(direction-of-arrival, DOA)估计性能,同时放宽阵列物理孔径扩展程度的限制,提出了一种基于旋转不变子空间（estimation of signal parameters via rotational invariance techniques, ESPRIT）的多基线分布式阵列DOA估计方法。该方法通过优化分布式阵列结构,在子阵间使用多基线结构布阵,结合ESPRIT算法和多步解模糊方法得到多基线分布式阵列的高精度无模糊DOA估计。此外,利用最大后验概率准则近似法分析分布式阵列DOA估计的门限效应,给出了SNR门限和基线长度门限的近似计算方法。计算机仿真结果验证了所提方法的有效性。     

阵列天线通道不一致性校正的辅加阵元法

MUSIC算法是一种基于特征值分解的超分辨DOA估计算法,在理想阵列条件下,其估计性能良好,但当信号模型与实际信号环境不匹配,即存在系统误差时,MUSIC算法的估计性能会严重下降,甚至失效。针对模型中普遍存在的通道不一致性误差,本文首先分析了此类误差对测向性能的影响,并提出了一种通道误差校正的简易算法,该方法通过对来自辅加阵元信号的数据信息进行处理,获取通道不一致性误差的估计,通过误差补偿有效地抑制了通道不一致性的影响,提高了DOA估计的性能。给出了应用该方法的具体步骤,计算机仿真结果证明了该算法的有效性。     

强信号背景下基于噪声子空间扩充的弱信号DOA估计方法

针对强信号背景下弱信号波达方向(direction of arriaval,DOA)估计问题,提出了一种基于噪声子空间扩展的弱信号DOA估计算法。该算法提出并使用了噪声子空间扩充的思想,其先将强信号导向矢量所在空间纳入噪声子空间进而构造出扩展噪声子空间,再在该扩展噪声子空间基础上利用常规多信号分类(multiple signalclassification,MUSIC)算法得到弱信号的DOA估计。通过噪声子空间的扩充有效地抑制了强信号谱峰,算法无需已知强信号方向及导向矢量,运算量与常规MUSIC相当。理论分析表明该算法对弱信号DOA估计性能不劣于对应的强信号阻塞类算法,仿真实验证实了其有效性和可行性。     

单个压差式矢量水听器MVDR波束形成的优化研究

从矢量水听器和声压阵两个角度,研究了单个二维压差式矢量水听器的最小方差无失真响应（minimum variance distortionless response, MVDR）波束形成的优化技术。针对压差式矢量水听器半径波长比大于0.1时,利用它进行方位估计性能恶化的问题,提出了一种修正的单个压差式矢量水听器MVDR波束形成处理方法。仿真和湖上试验的结果表明：修正的压差式矢量水听器MVDR处理方法对阵元间距的变化具有更好的稳健性;在半径波长比小于0.1时具有更好的估计性能,在半径波长比大于0.1的一定范围内依然具有良好的方位估计能力。     

基于信号时频表示的宽带源波达方向估计

提出一种时频域宽带源波达方向(DOA：Direction of Arrival)估计算法。该算法通过计算参考阵元和其它阵元的互Wigner-Ville分布，构造出一种新的时频域数据向量模型，并利用Chirp信号的局部窄带特性，在信号的主要能量聚集区选择时频点构造时频相关矩阵代替传统的阵列相关矩阵，进行特征分解实现信号的DOA估计。该方法同时在空域和时频域进行处理，充分利用了时频分布的能量聚集性，不但实现了非平稳信号时频域的分离，还有效地提高了信噪比，增强了算法对噪声的稳健性。仿真结果验证了新方法的有效性。     

高效的多跳频信号2D-DOA估计算法

为了利用跳频信号的空域特征参数辅助多跳频信号的网台分选,在空时频分析的基础上,提出一种基于多重信号分类(multiple signal classification, MUSIC)对称压缩谱(MUSIC symmetrical compressed spectrum, MSCS)的多跳频信号二维波达方向(two dimensional direction of arrival, 2D-DOA)高效估计算法。首先根据跳频信号的时频域特征,构建每一跳的空时频矩阵(spatial time frequency distribution, STFD),获取时频域的协方差矩阵;然后将共轭子空间的思想引入到MUSIC算法中,通过对噪声子空间及其共轭的交集进行奇异值分解,实现噪声子空间的降维;最终通过半谱搜索实现2D-DOA的高效估计。同时为了提高低信噪比条件下算法的性能,在时频图处理过程中采用形态学滤波进行去噪,并在修正的时频图上完成了跳频信号每一跳的提取。通过理论论证和实验仿真表明,本文算法相比于MUSIC算法,在保证均方根误差相当和估计成功率有所提高的情况下,计算复杂度降低了一半。     

MIMO雷达嵌套平行阵下基于子空间的目标二维波达角估计

研究了多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达中的二维波达角(direction of arrival, DOA)估计问题,并提出了一种嵌套平行阵下基于子空间的二维DOA估计算法。利用存在嵌套关系的双平行阵(two parallel uniform linear array, TPULA)作为收发阵列,大大增加了自由度(degree of freedom, DOF)。在DOA估计方面,算法利用数据重构增加虚拟脉冲数,并利用酉变换降低运算复杂度,然后分别基于信号子空间和噪声子空间获得了自动配对的二维DOA估计的闭式解。算法复杂度低,而且相比MIMO雷达中传统TPULA下的算法,该算法拥有更好的角度估计性能,并可辨别空间相干目标。仿真结果验证了算法的有效性。     

准平稳信号的Khatri-Rao积联合稀疏分解DOA估计方法

针对准平稳信号的波达方向估计,提出一种基于Khatri-Rao（KR）积的联合稀疏分解算法。该算法借助KR积将阵列接收数据表示成多个虚拟联合稀疏测量矢量模型,通过求解联合稀疏反问题实现波达方向估计,给出了联合稀疏反问题的唯一性条件,解决了当前稀疏分解方位估计不能处理欠定情况的问题。仿真实验验证了算法的有效性,在低信噪比下获得了更高的分辨率。     

基于迭代连续匹配追踪的高频地波雷达单次快拍DOA估计方法

高频地波超视距雷达在一个相参积累时间内只能获得空域的单次快拍,在单次快拍条件下进行波达方向估计常常性能很差。针对该问题,本文以压缩感知理论为基础,并根据目标信号在探测方位分布的稀疏性,提出单次快拍下目标方位估计方法。该方法首先利用稀疏变换字典将位于连续方位空间的目标信号变换到满足稀疏条件的离散网格点上;然后采用正交匹配追踪方法获得粗略的方位信息;最后根据迭代最小二乘连续匹配追踪算法得到目标的精确方位。理论分析与仿真证明,该方法可以提高在单次快拍下对低信噪比相干信号的方位估计精度,并且完全适用于阵元数较少的小规模高频地波雷达系统。     

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。     

检测多项式相位信号的时频综合方法

多项式威格纳分布是一种高精度的多项式相位信号检测方法,但是对噪声敏感,多信号情况下受交叉项困扰。而短时傅里叶变换对噪声不敏感,没有交叉项问题,但时频分辨率较低。首先构造了一组高效6阶多项式威格纳分布,将多项式威格纳分布与短时傅里叶变换的结果按照"与"操作和"滤波"操作相综合,得到高分辨的多项式相位信号时频分布。仿真结果表明,不同时频分析方法综合能够在低信噪比的条件下检测到多项式相位信号。