面向非圆信号的四阶累积量直接定位方法

针对现有基于四阶累积量的直接定位方法阵列孔径扩展不充分以及数据冗余等问题，提出了一种针对最大非圆率信号的四阶累积量直接定位方法。基于移动阵列在多个时隙对目标观测的定位场景，该方法构造了一系列去冗余四阶累积量矩阵。结合辐射源信号的非圆特性，利用阵列接收数据和共轭数据来构成扩展数据模型，实现了阵列孔径扩展，使等效阵元数增加，从而提升定位性能，并通过重新构造快速提取无冗余数据，大大降低矩阵运算维度。由于结合了信号的四阶累积量与非圆特性，该算法适用于信源个数大于阵元数与阵列色噪声的复杂环境。理论分析与仿真结果表明，该算法具有计算量小、高估计精度以及高分辨率等优势，并在高信噪比条件下能够达到相应克拉美罗界。     

基于MEMP算法的二维DOA估计

针对L形阵列,提出利用增广矩阵束(MEMP)进行二维DOA估计的新算法。计算两个均匀线阵的互协方差矩阵,利用MEMP方法构造增广矩阵,运用ESPRIT算法实现二维波达方向的估计,并采用一种新的配对算法,实现二维波达角的自动配对。为了克服MEMP方法对阵列有效孔径的损失,利用四阶累积量的阵列扩展的性质,提出了基于MEMP方法扩展的二维DOA估计算法,该算法增加了阵列的有效孔径,无需进行谱峰搜索。仿真实验证明了算法的有效性。     

改进的基于四阶累积量的MUSIC算法

超宽带测向系统中,天线体积受限严重影响到系统的测向精度和解模糊能力,且天线阵列的孔径限制着阵列最多能分辨的目标信号个数,而一些优秀的算法如空间平滑算法和旋转不变子空间(estimation of signal parameters via rotational invariance technique, ESPRIT)算法损失了天线阵列孔径。针对这些问题,在传统的四阶累积量多重信号分类(multiple signal classification, MUSIC)算法基础上提出了一种改进的算法。该算法根据四阶累积量矩阵构成的规律,去除了原四阶累积量矩阵的数据冗余,有效地减小了运算时间,为其实际应用提供了必要条件。计算机仿真和实测数据仿真的结果表明,本改进算法可以快速地实现虚拟阵列扩展,同时对有色高斯噪声也有一定的抑制作用。     

一种小运算量累积量域频率和到达角估计算法

提出了一种基于频域高阶累积量的信号频率和到达角联合估计算法.首先分析阵列信号频域模型,然后利用频域数据构造类似于VESPA算法的矩阵束,并基于此矩阵束给出频率和到达角联合估计的方法.该算法具有抑制色高斯噪声及实现阵列虚拟扩展的能力,并可降低对阵列一致性的要求,用M个阵元可以分辨M-1个空间信号(ESPRIT类算法),而计算量可以和基于二阶统计量的算法比拟.     

色噪声下双基地MIMO雷达DOD和DOA联合估计

针对双基地多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)雷达在色噪声环境中的收发角度估计问题,提出了一种基于改进四阶累积量的角度估计算法。该算法首先构造回波信号的四阶累积量矩阵,然后根据四阶累积量矩阵的形成规律,在保证虚拟阵列孔径有效扩展的前提下去除其中的冗余项,达到矩阵降维的目的。最后将降维后的矩阵特征分解得到噪声子空间,再利用四阶累积量的多重信号分类(multiple signal classification,MUSIC)算法实现最终的收发角度估计。所提算法不仅可以有效抑制高斯色噪声,并且能够减小四阶累积量矩阵的维数,降低计算的复杂度,仿真结果验证了该算法的有效性。     

虚拟阵列下的相干信号测向算法

大多数解相干测向算法只能应用于均匀线阵,而不能用于均匀圆阵。针对这一问题提出了一种基于虚拟均匀线阵的快速解相干波达方向估计算法,该算法对均匀圆形阵列的输出信号进行模式激励,使其成为虚拟均匀线阵,在色噪声协方差矩阵为复对称Toeplitz结构的情况下,利用空间差分方法和矩阵重构相结合来估计相干信号,并且去除非相干信号以及色噪声。该算法提高了阵列的信源过载能力,不需要进行高阶累积量的计算以及特征分解,计算机仿真结果证明了算法的有效性。     

基于粒子群优化的圆阵列波束形成方法

围绕均匀圆阵列(uniform circular array, UCA)在波束形成中存在的波束主瓣宽、旁瓣电平高的问题,提出了一种基于粒子群优化(particle swarm optimization, PSO)算法的圆阵列波束形成方法。通过对UCA的输出信号进行模式空间变换,将UCA数据转换为虚拟均匀线阵数据形式。利用PSO算法充分挖掘均匀线阵各阵元间数据信息,进行阵元拓展,从而实现阵列阵元数及孔径尺度的增加,实现降低阵列波束主瓣宽度及旁瓣电平的目的。实验结果表明,在适当增加计算复杂度的前提下,利用PSO算法对阵列进行阵元拓展可以显著地提高波束形成质量,且适用于自适应波束形成。     

基于特殊阵列的近场源参数估计新算法

阵列孔径损失和计算复杂度大是近场源参数估计面临的两大亟待解决的问题,提出一种类似NEST阵列模型的新模型,利用四阶累积量扩展阵列孔径,使可估计信源个数远远大于实际阵元数;并结合基于特征方程算法(characteristic equation-based method, CEM)思想避免特征值分解和谱峰搜索,极大降低了算法的计算复杂度。最后,基于已获得的近场源的角度信息,估计出所有近场源的距离信息。理论分析和实验仿真结果表明,在保证参数估计精度的前提下,所提算法的计算复杂度低,具有较高的阵列利用率,并且可以避免二维参数配对。     

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。     

基于稀疏表示的平行互素阵二维测向方法

针对传统平行阵二维测向自由度低问题,提出一种改进型平行互素阵,基于稀疏表示方法和最小二乘法来估计目标方位。该方法首先利用改进型互素阵构建双平行稀疏阵列,计算平行互素阵的互协方差矩阵。然后通过矢量化处理,利用重排,去冗余处理生成较大孔径的虚拟阵列,将二维波达方向(direction of arrival,DOA)估计问题降维为一维DOA估计问题。进一步将一维DOA估计问题转为复数信号稀疏重构问题,并利用二阶锥规划来进行求解,通过峰值搜索得到方位角信息。最后利用方位角来构建方向矩阵,通过最小二乘方法求解俯仰角。该方法可以在没有目标先验信息的条件下,能够准确估计目标方位,且能够实现自动配对。相比传统的平行均匀线阵以及平行互素阵,该方法扩展了阵列虚拟孔径,提高了估计精度,能够辨识更多的目标源。实验仿真验证了该方法的有效性。     

一种高效的实值权均匀圆阵去相干波束形成算法

提出了一种未经相移只采用实值权的均匀圆阵的去相干波束形成算法.均匀圆阵在模式空间中被转换为一虚拟线阵,利用此虚拟线阵的特殊阵列模型结构可构造一特殊矩阵,使其秩只与信源个数有关.该特殊矩阵的虚部所张成的空间包含干扰信号子空间,所以得到干扰信号子空间的正交补空间.利用此干扰信号子空问的正交补空间可以构造出一实值权向量.该算法不需空间平滑就可以抑制相干干扰,较传统的空间平滑算法具有更小的计算量,且在小快拍数下就能收敛且性能稳定.仿真结果显示出算法的有效性.     

基于高阶累积量的空间特征估计方法及其应用

以均匀直线阵为基础,提出了一种基于阵列输出四阶累积量的信号空间特征估计方法,并将其用于相干多径环境下的多用户信号空间特征的估计。利用阵列输出四阶累积量构造了一种空间特征矩阵,证明了对其作特征分解可以得到各用户的空间特征。然后在空间特征估计基础上,结合前向/共轭后向空间平滑技术对相干多径的波达方向(DoA)进行了估计。该算法是一种不依赖于信号具体特征的全盲估计方法,适用于任意加性高斯噪声,且各DoA与信源自动配对。理论分析和仿真结果说明了算法的有效性和稳健性。     

联合互协方差矩阵的快速波达方向估计

针对常规子空间类波达方向(direction-of-arrival, DOA)估计中存在的子空间分解计算量过大问题,提出了基于均匀线阵的联合互协方差矩阵(joint cross covariance matrix,JCCM)DOA估计算法。基于阵列划分和矩阵重构思想,将均匀线阵划分成两个子阵,在求得这两个子阵接收数据互协方差矩阵后,重构一个新的矩阵即JCCM,利用JCCM的部分数据进行线性运算即可得到等价的信号子空间,然后构造多项式并求根,最终实现波达角估计。理论分析和仿真实验证明,算法避开了对协方差矩阵的特征值分解运算,在保证估计精度可接受的同时,有效降低了计算量,取得了更高的估计速度。     

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。     

二维相干信源测向新方法研究

基于广义导向矢量和三个正交均匀直线阵,建立了一种二维信源波达方向估计的阵列数据模型,提出了二维波达方向估计的新方法。在引入广义阵列流形矩阵的基础上,构造了基于范数的代价函数,实现了协方差矩阵的有效拟合,进而可有效估计多个相干信源,同时在理论上分析了该算法的渐进无偏性。在低信噪比和较少阵元数的情况下,通过对测向误差较大的线阵进行校正,可提高测向精度。为了有效地对所提出的测向代价函数进行拟合,联合利用模拟退火和遗传算法的优点,提出了一种可快速多维搜索的随机退火遗传算法。蒙特.卡罗仿真试验证明了此二维相干源测向方法的有效性。     

一种基于径向基函数网络的盲波束形成方法研究

针对阵列信号处理的特点 ,提出了一种基于径向基函数网络 (RBFNN)的盲波束形成方法。该方法把高阶累积量可消除高斯噪声干扰这一特性和神经网络可并行计算的结构优势有机地结合起来 ,利用高阶累积量估计阵列的导向矢量 ,引入径向基函数网络逼近波束形成的权矢量 ,实现盲波束形成。理论分析和仿真实验表明 ,提出的算法能有效地提高运行速度 ,对系统误差也具有很强的鲁棒性。     

基于聚焦预处理的累量域空间平滑算法

针对传统累量域波达方向估计算法对各重复位置处虚拟阵元利用不充分的问题,提出了一种基于聚焦预处理的累量域相干信号波达方向估计算法。首先分析了直接平滑原物理阵列和四阶累积量产生的虚拟阵列不能解相干的原因;然后推导了基于累量域聚焦技术解相干的原理;最后提出了直接累量域聚焦、前后向累量域聚焦和二次前后向累量域聚焦算法,并对其进行了性能分析,指出聚焦预处理技术不但不损失阵列孔径,而且充分利用了累量域各虚拟阵列的数据,提高了角度估计精度。理论分析和仿真结果都表明了算法的有效性。     

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。