基于虚拟孔径扩展的稀疏嵌套阵设计

为提高阵列自由度,提出了一种稀疏嵌套阵设计方法.该方法将增广嵌套阵（augmented nested array,ANA）中右侧子阵阵元与中间子阵距离稀疏化,从而扩展最远孔径.为保证虚拟孔径连续性,进一步提出了一种新型嵌套阵,即单侧稀疏嵌套阵.与ANAI-2、改进嵌套阵和最大阵元间距约束（maximum inter-element spacing constraint,MISC）阵列相比,该结构具有更长的连续段.仿真实验验证了提出结构在自由度、估计精度方面的优越性.      

一种优化嵌套MIMO的无孔差合阵列设计

针对现有嵌套MIMO阵列自由度有限的问题,提出一种基于优化嵌套阵的优化改进方案。其不止保留了嵌套MIMO阵列设计的原有优势,具有阵元位置以及自由度的闭合表达式,而且极大程度地提高了阵列孔径以及自由度。优化嵌套MIMO阵列设计首先将优化嵌套阵作为发射和接收阵,其次对MIMO阵列的合阵进行做差处理,得到阵元位置的差合阵列。通过合理的设计发射和接收阵的阵元间距,可以获得一个无孔的差合阵列。当阵元总数给定的时候,通过分析阵列结构的特点,可以得到发射和接收阵的最佳阵元数目。仿真实验表明,与嵌套MIMO阵列设计相比,所提方法在不增加实际阵元数目的情况下可以有效扩展阵列孔径,增加自由度,从而提高MIMO雷达波达方向估计精度。     

基于四阶累积量虚拟阵列扩展的DOA估计

针对Music-like方法能很好地扩展阵列孔径,但计算量较大的问题,提出了一种虚拟阵列扩展的新方法。该方法基于四阶累积量孔径扩展的性质,由实际阵元的坐标与方向矢量直接计算出虚拟阵元的坐标与方向矢量,利用两种阵元坐标之间的关系构造四阶协方差矩阵,运用MUSIC(Mu ltip le S ignal C lassification)算法对非高斯独立信号源进行DOA(D irection of Arrival)估计。该方法在任意阵列的情况下,对非高斯独立信号源进行一维与二维DOA估计,均能准确估计出多于实际阵元数目的方向角与仰角。实验表明,对一N元阵列,该方法最多能够扩展N2-N 1个虚拟阵元,能够估计出N2-N个非高斯独立信源,提高了阵列的空间分辨能力,有效抑制了高斯噪声的干扰,减少了高阶累积量协方差矩阵的计算量。     

基于虚拟阵元冗余平均的对称嵌套MIMO雷达DOA估计

针对传统算法进行DOA估计时因删除重复虚拟阵元而造成有效信息损失、估计性能不佳等问题,提出基于虚拟阵元冗余平均的对称嵌套MIMO雷达DOA估计算法。首先,将一组密布均匀线阵和一组稀疏均匀线阵分别以零点为中心对称排列,构成单基地MIMO雷达的发射阵列和接收阵列,将传统的虚拟阵元由“差联合”结构变成对称“和联合”结构形式,提高了系统的自由度、降低了阵元互耦,并将其应用于非相干目标和全相干目标DOA估计;其次,向量化样本协方差矩阵,将“和差联合”阵列重复的虚拟阵元进行冗余平均处理后重构Toeplitz矩阵;最后,结合MUSIC算法进行非相干目标DOA估计,有效提升了目标估计个数和角度估计性能。仿真实验验证了阵列结构和算法的有效性。     

用于单比特稀疏偶极子阵列波达角估计的协方差矩阵估计方法

为了提高单比特稀疏偶极子阵列的波达角(DOA)估计精度,提出了一种协方差矩阵估计算法。利用偶极子阵列结构特征,将该阵列的接收信号重排为具有相同阵列排布的等效标量阵接收信号,其理想协方差矩阵具有托普利兹结构。利用该矩阵的托普利兹结构以及单比特采样信号与无量化接收信号的符号一致性,将等效标量阵接收信号协方差矩阵的估计问题转化为具有等式约束的非凸优化问题,并将此问题松弛为凸问题,求得该矩阵的估计值,进而使用子空间方法获得DOA的估计结果。实验结果表明：相较于单比特多重信号分类(OBMUSIC),在嵌套阵上,该文单比特稀疏协方差矩阵估计(OB-SCME)的估计精度最小均方误差(MSE)有平均2.2 dB的性能提升;在互质阵上,其估计精度MSE平均提升了8 dB;当信噪比为0且快拍数少于60时,其估计精度提升可达10 dB以上。     

快速四阶累积量旋转不变子空间算法

针对空间谱估计算法同时分辨多目标需要较多阵元、测角精度低且运算量大的问题,提出一种快速四阶累积量旋转不变子空间(MFOC-E)算法.首先根据四阶累积量矩阵构成的规律,取出所有不重复的元素构成新矩阵,去除了原矩阵的数据冗余并降低了原矩阵维数,然后通过分析新虚拟阵列的阵元位置特性,找到与原真实阵列结构完全相同的新子阵,同时设定了适用于所有线阵的子阵划分方法,最后利用旋转不变子空间算法确定目标的来向.与传统的同类算法相比,MFOC-E算法具有不损失天线孔径、测角精度高且运算量小的特点.仿真实验表明,MFOC-E算法在阵元数极少时,仍可以快速准确地实现多目标的到达角估计,三元阵列时能节省30%的运算时间.     

基于非圆信号的互质阵列欠定DOA估计方法

针对欠定波达方向（direction of arrival,DOA）估计问题,研究了一种基于非圆信号的互质阵列DOA估计方法.对互质阵列输出互协方差矩阵和椭圆协方差矩阵进行向量化处理,通过数据重新链接并去冗余得到一个虚拟均匀线阵输出数据,实现阵列的充分扩展且扩展后的虚拟阵元进一步得到增加;结合入射信号的空域稀疏性,在连续角度域将DOA估计问题转化为一个连续稀疏重构问题,有效避免了传统稀疏重构算法中由于角度域离散化所导致的基不匹配问题对估计性能的影响;通过求解相应的凸优化问题以及多项式求根实现DOA的估计.理论分析和仿真结果表明,该方法具有阵列扩展能力强、估计精度和分辨性能高等优良性能.      

兼具高自由度低互耦的间距约束稀疏阵列设计

针对传统稀疏阵列难以实现孔径和互耦同步优化导致测向误差的问题,设计了一种兼具高自由度低互耦的间距约束稀疏阵列.该阵列由四段均匀线阵以一定间隔首尾相连构成,约束每段均匀线阵的阵元间距以及各段均匀线阵之间的间距尽可能大,形成了3段稀疏的均匀线阵和1段密布的线阵,有效减少了阵元间的互耦效应,基于该阵列推导了物理阵元位置、差联...     

联合特征值和特征子空间投影的信源数估计

高分辨空间谱估计算法中信源数的准确估计是必要前提.文中结合矩阵重构和特征子空间投影方法,提出一种适用于弹载阵列系统的信源数估计算法.将阵列阵元分成相同的2组,求得这2组阵元接收数据的互协方差矩阵并重构信源数估计矩阵,对重构的矩阵特征分解,联合特征子空间投影和特征值加权的方法构造判决函数来估计信源数.理论分析与仿真结果表明:重构矩阵的信号子空间特征值呈平方倍增大,噪声功率得到抑制;算法有效提高了少量快拍数据和低信噪比条件下信源数估计的正确率.     

信号频率-方向联合估计中的双旋转子空间法

提出了一种基于子空间2次旋转变换的频率-方向联合估计方法．该方法可同时估计空间信号频率和到达方向，其阵列由M个阵元组成，避免了复杂的阵列结构．计算机模拟结果表明，该方法不仅阵列结构简单，在中等SNR时具有良好的分辨性能，而且运算速度较快。     

基于内插阵列变换的相干源测向方法研究

利用内插阵列变换和前/后向空间平滑技术在阵列信号处理中的优点,提出了一种对相干信源进行超分辨测向的有效方法.该方法首先在不同的内插区间将均匀圆阵虚拟成等距均匀线阵,使其阵列流型具有Vandermonde矩阵形式,然后使用基于前/后向空间平滑技术的MUSIC算法对相干信号的波达方向进行有效地估计.该方法的主要优点在于,当相干信源数多于阵元数时仍可有效地估计出相干信源的二维波达方向,并且可实现全方位、无模糊的角度估计.计算机仿真证明了其有效性.     

便携式三维成像声纳的非网格化稀疏阵列技术

为降低便携式三维成像声纳系统的硬件开销,同时保证阵列的波束性能,提出了一种非网格化阵列稀疏方法.该方法基于十字型阵列,在模拟退火算法中加入阵元位置扰动,以实现对十字型阵列的非网格稀疏优化,降低阵元数量;引入多频发射和并行子阵接收波束形成算法,构建模拟退火算法中新的能量函数,以保证十字型稀疏阵列具有成像实时性以及较低的计算需求.最后利用该方法对100+100的十字型阵列进行稀疏优化.实验结果表明,该方法获得的非网格化稀疏阵列能够获得预设的波束性能,并具有成像的实时性和较低的计算需求;与现有文献相比,在保持相同波束性能的条件下,该稀疏阵列具有最少的阵元数量.     

多径条件下基于辅助阵元的阵列幅相误差自校正

针对多径环境中均匀线阵（uniform linear array, ULA）的幅相误差的校正问题,在不破坏阵列幅相误差矩阵的前提下,提出了一种多径条件下基于辅助阵元的波达方向（direction of arrival,DOA）估计及幅相误差自校正算法。利用阵列平移的方法对相干信号进行解相干预处理,再利用辅助阵元依据子空间原理构建代阶函数实现相干信源的方位估计, 进而对阵列幅相误差进行估计。计算机仿真结果表明,该算法对多径环境下的相干信源具有准确的方位估计与幅相误差自校正性能。     

基于矩阵填充的子阵重构二维波达方向估计算法

为提高稀疏阵列下二维波达方向(2D-DOA)估计的效率,提出1种基于加速近邻梯度矩阵填充的子阵重构旋转子空间(APG-SRESPRIT)算法。建立了基于矩阵填充的稀疏阵列DOA估计信号模型,并验证该信号模型满足零空间性质。通过加速近邻梯度算法将该信号模型恢复为完整信号,划分子阵并构建合并矩阵。对合并矩阵进行奇异值分解,在子阵重构后估计目标角度,且目标角度自动配对。仿真实验表明该文算法可减少70%的阵元数量,且在稀疏阵列下准确估计2D-DOA。     

L型结构的互质阵列二维波达方向估计

针对雷达L型均匀阵列因阵元间距太小导致无法在实际中摆放的问题,提出了一种L型互质阵列协方差重构二维波达方向(2D-DOA)估计算法。首先将L型互质阵列2D-DOA问题分解为两个子阵的1D-DOA问题,再根据互质阵列的位置,确定对应的虚拟均匀阵列,由于虚拟均匀阵列具有半正定(PSD)、低秩、托普利兹的结构特点,因而根据互质阵列接收数据的协方差矩阵,构造一个优化过程重构虚拟均匀阵列的协方差矩阵;然后利用MUSIC算法完成两个1D-DOA估计;最后利用配对算法对估计的一维角度进行配对。仿真实验表明,与L型均匀阵列MUSIC算法和L型互质阵列SS-MUSIC算法相比,在信噪比大于0dB、快拍数大于50的条件下,所提算法的方向角和俯仰角均方根误差最小,均低于0.8°,可分辨角度最小间距为5°,证明了所提算法在估计精度和分辨力方面的优越性。     

一种减小互耦的互素嵌套阵列及测向算法

为了减小阵元之间的互耦效应,首先提出一种阵元间距可调节的互素嵌套阵列.这种阵列由2个不同的嵌套子阵列组成,2个子阵的最小阵元间距由一对互素的正整数确定.只要这对正整数足够大,2个子阵的最小阵元间距便可远超过入射信号的半个波长,从而将阵元间的互耦效应减小到可忽略的程度.然后,为了解决大间距阵列所引起的角度模糊问题,提出了一种基于四阶累积量的无模糊波达方向(DOA,direction of arrival)估计算法.仿真实验表明,此算法具有较好的估计性能,相比一些经典的自校正DOA估计算法,此算法具有更高的角度分辨力和估计精确度.     

圆形阵列的相干源分辨问题研究

将Gram-Schmidt正交化算法和空间平滑技术应用于解决圆形阵列天线的相干源的分辨问题,对采用有向阵元的圆形阵列天线和无向阵元的圆形阵列天线的相干源分辨的仿真结果进行了比较,分析了有向阵元的圆形阵列天线对相干源分辨力强的原因．     

基于自适应迭代的非参数化虚拟孔径合成方法

基于自回归(auto-regressive,AR)模型的参数化虚拟孔径合成算法无法应用于灵活的稀疏阵列构型,在单快拍和低信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)时对极点个数和位置估计不准。该文提出了基于迭代自适应(iterative adap-tive approach,IAA)的非参数化虚拟孔径合成方法,该方法无需估计极点信息,通过迭代计算虚拟孔径的空间谱并恢复虚拟阵元数据。分析和仿真结果表明:该方法在单快拍和低信噪比条件下比参数化方法具有更好的分辨性能和稳健性,可用于阵元位置随机空缺的情况。     

非对称直线稀疏阵列的迭代FFT优化方法

介绍了一种基于迭代快速傅里叶变换（fast Founier transform,FFT）算法的优化方法来实现非对称直线稀疏阵列的旁瓣性能优化,给出了详细的优化步骤。在给定的旁瓣约束条件下,根据稀疏阵列中阵列因子与阵元激励之间存在的傅里叶变换关系,对不同的初始随机阵元激励分别作迭代FFT循环,可以降低稀疏阵列的旁瓣电平。在迭代过程中,根据稀疏率将阵元激励按大小置1/0来完成阵列稀疏。仿真结果证明了该方法的高效性和稳健性。     

基于阵列接收数据重采样的频率不变波束形成器

提出一种具有不随频率变化的波束图的宽带基阵处理方法.该方法只需要使用一个真实阵列,然后通过插值方法产生多个虚拟阵列的输出,最后对这些虚拟阵列输出进行叠加得到整个基阵的输出.其优点是阵元数少、易于实现,且只需用传统的窄带阵列设计方法在参考频率下设计基阵来满足对波束图的要求.仿真结果说明了该方法的有效性.