子空间信号失配下的加权自适应检测器

对于多通道雷达系统，通常存在阵元误差及旁瓣干扰，此时雷达系统假定的目标导向矢量与真实值不同，从而导致信号失配。针对子空间模型下的失配信号检测问题，提出了一种具有恒虚警特性的加权自适应检测器，得到了检测器解析的检测概率和虚警概率计算表达式。根据系统需要，通过调整加权系数，所提出的检测器能够实现对失配信号的灵活检测。此外，对无信号失配的检测环境，在合适的权系数下，所提出的检测器能够提供比现有检测器更高的检测概率。     

一种雷达脉冲信号相位差变化率测量的新方法

接收信号相位差变化率的高精度估计是基于质点运动学原理单站无源定位与跟踪的一项关键技术。针对雷达脉冲信号,建立了接收信号相位差模型,分析了相位差变化率的特点,提出了一种相位差变化率的数字测量新方法,直接对各阵元接收的信号进行A/D采样,采用数字信号处理的方法估计相位差变化率。通过离散傅里叶变换和复数乘积运算将相位差变化率的测量问题转换为频率测量问题,利用多个脉冲信息提高了参数估计的精度,根据相位的无模糊测量获得相位差变化率加权最小二乘估计。仿真实验表明,该方法具有较低的信噪比门限,在高于信噪比门限时,其估计精度接近Cramer-Rao下限。     

基于CPT和RPF的空中高机动目标检测与参数估计

提出了一种基于三次相位变换(cubic phase transform,CPT)和重构相位函数(reconstructing phase function,RPF)的空中高机动目标参数估计方法。为了实现目标高阶参数的估计,该方法首先通过双线性变换求得接收信号的相位函数,实现信号降阶和待估参数的分离;然后利用多阵元采样重构参考阵元的相位函数,等效增加了参考阵元相位函数的时间采样,实现了参考相位函数的相干积累;最后进行参数估计。仿真结果表明,在输入信噪比较低、采样脉冲较少的情况下,该算法能够以较高的精度实现对高机动目标的参数估计。     

一种基于信噪比估计的自适应伪码捕获算法

军事扩谱通信一般都以突发信号帧的形式进行通信,通信时间短、可靠性要求高、信号动态范围大。固定门限捕获方法不能提供满意的性能,门限选得太高会使高信噪比时虚警概率过高,而门限过低会使得低信噪比时漏检概率高,检测概率低,因此需要利用自适应捕获方法。提出一种适合突发短帧模式的自适应伪码捕获方法,该方法可适用于A/D转换前加自动增益控制(AGC)的情况。提出的自适应捕获方法基于接收信号信噪比的估计,推导出根据采样点统计值的比值得到信噪比估计的实用算法,并对该算法进行多项式拟合以适合工程实现,并对算法进行了仿真分析。     

时间反转镜分类研究及其在水声通信中的应用

时间反转镜可在没有任何先验知识的情况下具有自适应匹配声信道的作用。主动式时间反转镜(ATRM)要求阵元收发合置,且信号需两次经过信道,效率低下,而阵处理则进一步增加了系统的复杂性,难以满足水声通信节点追求结构简单、低功耗的要求。为克服上述弊端,提出应用单阵元被动式时间反转镜(PTRM)和虚拟式时间反转镜(VTRM),并对单阵元时间反转镜的聚焦增益进行了讨论。计算机仿真结果表明,单阵元时间反转镜可聚焦多途信号,实时实现自适应信道均衡,从而抑制码间干扰、提高信噪比。     

GNSS抗干扰接收机的自适应波束形成算法

针对全球导航卫星系统（global navigation satellite system, GNSS）接收机的抗干扰问题,以空-时自适应天线阵列为研究对象,提出了组合的自适应波束形成算法。该算法首先采用子空间正交投影技术消除接收信号中的强干扰信号,然后通过最大化相关后信号载噪比（carrier to noise ratio, C/N₀）约束准则加强GNSS信号质量。仿真结果表明,相对于传统的最大化阵列输出信噪比准则,最大化相关后信号C/N₀准则能够提高信号载噪比约4 dB。并且提出的组合算法可使接收机在有效抑制干扰的同时,又能够大大提高信号的捕获和跟踪性能。     

基于虚拟阵元信号重构的嵌套阵稳健波束形成

由于嵌套阵中部分阵元间距远大于信号半波长, 可能导致高旁瓣和栅瓣等问题。因此, 通过利用均匀子阵进行信号波达方向(direction of arrival, DOA)估计, 重构出虚拟阵元的接收信号, 从而构建一个虚拟的稠密均匀阵列, 大幅增加了波束形成算法自由度。通过估计信号功率, 重构虚拟均匀阵列的干扰加噪声协方差矩阵(interference plus noise covariance matrix, INCM), 可得虚拟均匀阵列的波束形成权矢量。仿真实验表明, 相比其他波束形成方法, 所提算法主瓣宽度小、旁瓣电平低、收敛速度快、抗干扰能力强。     

GPS天线阵抗干扰性能分析与改进

空时自适应处理算法能够增强全球定位系统接收机的抗干扰性能,但是通过对均匀线阵和均匀圆阵进行理论分析发现,当强干扰信号垂直于天线阵组成的平面时,使得接收信号协方差矩阵奇异,不能计算最优权值,因而对特定方向的强干扰无法有效抑制。为了防止这种情况的出现,构建了基于立体结构的7单元天线的双正四面体阵,该阵型有效地减少了各天线共面情况的出现。仿真结果表明,新阵型不仅可以有效检测特定方向的强干扰,而且具有更好的天线方向图和捕获性能。     

一种新的变步长LMS自适应谱线增强算法

针对自适应谱线增强器(ALE)理想误差不为零的现象,提出了一种新的变步长LMS算法。该算法建立了步长因子与权系数变化之间的非线性关系,使得步长因子随权系数变化的减小而减小,直至为零,并引入步长向量来实时地逐个调整权系数的每个值,以进一步加快算法的收敛速度。它具有初始阶段和未跟踪上信号前步长自动增大而稳态时步长变小最后为零的特点,并以线性调频信号为例,验证了算法对滤除非平稳信号噪声的有效性,提高信号的信噪比,证实该算法优于传统算法。     

基于复数权值FIR滤波器的宽带波束形成方法

提出一种用于水声通信的宽带恒定束宽波束形成结构.该结构首先采用时间延迟线补偿各阵元接收信号间整数倍采样间隔时延.接着通过希尔伯特变换等方法将补偿后的实信号转换为复信号.最后将转换的复信号通过复数权FIR滤波器滤波对信号的幅度和分数间隔时延进行补偿.对提出的宽带波束形成结构进行了仿真验证.仿真中阵形为12元体积阵,通信频带为3k-7kHz.仿真结果表明:在设计的通信频带内,不同频率对应波束的旁瓣级为20dB左右,主瓣差别小于0.1dB.     

Nakagami信道基于16APSK的加权信噪比估计算法

自适应编码调制(adaptive coded modulation, ACM)技术是一种提高无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)数据链吞吐量性能的有效方法,信道估计的准确性是决定ACM系统性能的关键因素之一,直接影响UAV数据链的吞吐量性能。首先对Nakagami衰落信道进行分析建模,推导了信号经过衰落信道后的表示方法。其次对Nakagami衰落信道下基于多进制数字相位调制(multiple phase shift keying, MPSK)的信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)估计算法进行推导和分析,仿真结果表明三阶矩(third order moments, M3)SNR估计算法比传统的二〖JP2〗阶矩四阶矩(second and fourth moments, M2M4)SNR估计算法具有更好的估计性能。最后,针对Nakagami衰落信道下的现有估计算法对非恒包络调制信号估计性能差的问题,提出了一种适用于非恒包络的16阶振幅移相键控(amplitude phase shift keying, APSK)信号的加权SNR估计算法,该算法利用接收信号的先验信息和信号的阶矩关系进行SNR估计,具有复杂度低,估计精度高等优势。理论分析与仿真结果表明:所提出的算法可以有效地对16APSK调制信号进行SNR估计,且相比于M2M4算法,利用M3信息进行信道估计的加权SNR估计算法具有更高的估计精度。     

基于加权高阶累积量切片的非线性调频信号增强算法

为了综合考虑高阶累积量各种切片抑制高斯噪声的性能,定义了加权高阶累积量切片,并给出了加权高阶累积量切片符号联合迭代公式,得到了基于加权高阶累积量切片的自适应谱线增强新算法。对该算法增强水下目标辐射的非线性调频信号的效果进行了仿真研究。仿真结果表明:该算法能抑制大约18dB～28dB的高斯色噪声;调整高阶累积量切片的加权系数,可获得抑制高斯色噪声的最佳效果。在工程实践中,具有重要的指导意义和实用价值。     

低截获MIMO雷达改进MUSIC算法

在军事领域中,机载多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)雷达既要探测机动目标,又要防止被截获接收机侦收.针对这一问题,提出了低截获的单基地非均匀阵列MIMO雷达改进多信号分类(multiple signal classification,MUSIC)算法.通过对MIMO雷...     

水声通信性能仿真中宽带波束形成软件的应用

将波束形成技术用于远程水声通信系统,可以提高接收信噪比。为了具体分析波束形成技术在水声通信中的应用,给出了用于任意阵形的宽带恒定束宽波束形成软件—SWARRAY。基于改进的自适应波束综合方法及时域宽带波束形成技术,软件可以合成各种运动状态下基阵的输出信号,为评估现实信道条件下波束形成技术在水声通信系统中的应用性能提供基础。结合直接序列扩频方案,验证了设计软件在水声通信仿真中的有效性。     

基于FRFT的单基地MIMO雷达稳健波束形成算法

以单基地多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达系统为研究对象, 针对线性调频(linear frequency modulation, LFM)形式的正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)信号, 提出了一种新的稳健自适应波束形成算法。所提算法首先利用LFM信号的特性, 对匹配滤波后的雷达回波信号进行分数阶傅里叶变换(fractional Fourier transform, FRFT), 经化简得到峰值点作为阵列的观测值。而后, 利用观测值构建接收信号的协方差矩阵, 并使用Capon谱估计方法重构干扰加噪声数据协方差矩阵。最后, 通过求解优化问题估计实际导向矢量, 从而得到阵列的最优权值。通过计算机仿真实验, 验证了所提算法的有效性。     

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。     

基于对角载入的鲁棒自适应波束形成算法

作为一种梯度自适应波束形成算法,LMS算法因简单有效而得到广泛的应用.但是在存在偏差的情况下,LMS算法的性能较差.针对上述问题,考虑信号方向向量的偏差对LMS算法性能的影响,提出了一种基于对角载入的鲁棒约束LMS算法,并对算法的对角载入因子和收敛性能进行了分析,给出了保证算法收敛的步长取值范围.该算法利用对角载入的特性,可有效的抑制各种偏差所带来的影响,收敛速度快,抗扰动性强,对信号方向向量的偏差具有较强的鲁棒性,从而可以保证阵列输出的信干噪比接近最优值.仿真实验表明,与传统约束LMS算法相比,基于对角载入的鲁棒自适应波束形成算法具有很好的性能.     

ULA中基于LS-ICA的短时高效DOA估计

研究了均匀线阵(uniform linear array, ULA)的波达方向(direction of arrival,DOA)估计问题,提出了一种能充分利用阵列结构上来波数据的信号处理方法进行角度估计。所提方法的关键是采用天线阵列因子的实部来构造新的信号接收模型,进而通过独立分量分析(independent component analysis,ICA)对接收信号进行盲分离,用最小二乘(least square,LS)法求解入射信号的角度,同时给出了天线阵元间距应满足的条件。仿真表明,与多重信号分类(multiple signal classification,MUSIC)方法相比,本文方法能够适应阵元间距的变化,在低信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)时估计性能以及角度分辨力均较优,通过一步粗估计就可获得较高精度且具有实时性,均方根误差(root mean square error,RMSE)向克拉美-罗界(Cramer-Rao bound,CRB)的逼近程度也说明了新方法的优势,此外还可以采用细估计来提高估计精度。     

一种自适应ESPRIT算法

运用特征子空间方法的关键在于信号或噪声子空间的估计.实际上有些信号的统计特性通常随时间变化,为得到参数的实时估计值,需要随时根据新的阵列接收数据对信号或噪声子空间进行更新.首先建立了用于信号到达主向(DOA)估计的SVD-ESPRIT算法,然后利用受限摄动分析提出了一种子空间跟踪算法.将该跟踪算法与SVD-ESFRIT算法相结合,得到的自适应ESPRIT算法可用于对时变的信号DOA进行跟踪估计.仿真计算结果验证了该算法的有效性.     

基于矩阵束的多波段雷达信号高精度融合成像算法

多波段信号融合技术在信号层将多个不同子带融合成一个大带宽信号,因而能够有效提高雷达图像距离分辨率。目前,基于全极点模型的融合技术主要采用root-MUSIC(multiple signal classification)及其改进算法实现极点的估计,在较弱的噪声条件下这种方法得到了不错的融合效果。然而在低信噪比条件下root-MUSIC算法容易受到噪声干扰而难以实现正确极点获取,进而极大影响到最终信号融合效果。为减小噪声影响,提出用矩阵束算法实现多波段信号极点估计,在此基础上通过不同子带对应极点间的相位关系估计出相干参数,同时对融合结果以信号差的2范数最小为准则进行迭代,以减小融合信号的误差。最后采用加权寻优的方式进一步提高了信号的融合精度。仿真实验结果表明,提出的方法有效提高了低信噪比条件下的多波段信号融合效果。