双基地分布式阵列MIMO雷达的DOA和DOD估计方法

结合分布式阵列和双基地多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)雷达的特点, 提出了一种新的双基地分布式阵列MIMO雷达的接收角(Direction of Arrival, DOA)和发射角(Direction of Departure, DOD)估计方法.根据发射阵列和接收阵列的空域旋转不变特性, 利用旋转不变估计技术(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques, ESPRIT)获取无模糊DOA粗估计和高精度周期性模糊的DOA、DOD精估计; 再利用无模糊DOA粗估计、目标的双基地距离信息以及双基地MIMO雷达的几何特点, 解除DOA、DOD精估计的周期性模糊, 得到高精度且无模糊的DOA和DOD估计.最后, 根据ESPRIT算法原理和估计误差的概率统计特性进行算法的性能分析, 给出算法基线模糊门限的近似计算方法.该算法有效地放宽了发射阵列孔径扩展程度的限制, 从而提高了阵列在大孔径下的角度估计精度, 且能够实现DOA和DOD估计的自动配对.仿真结果验证了所提算法和性能分析方法的有效性.     

空间色噪声环境下基于时空结构的双基地MIMO雷达角度和多普勒频率联合估计方法

该文针对空间色噪声环境提出一种基于时空结构的双基地MIMO雷达角度和多普勒频率联合估计方法,并推导了基于时空结构时角度和多普勒频率估计的克拉美-罗界(CRB)。该方法在时域噪声为高斯白噪声的假设下,首先将不同时刻匹配滤波器输出进行互相关以消除空间色噪声的影响,然后将相邻时刻匹配滤波器输出的时间相位差作为时间旋转因子,采用ESPRIT方法估计目标的DOD(Direction Of Departure), DOA(Direction Of Arrival)和多普勒频率。该方法能够克服空间色噪声的影响,所估计参数自动配对且无阵列孔径损失,并且适用于发射和接收阵列不满足平移不变结构的情况。计算机仿真验证了该文所提方法的有效性。     

基于矢量传感器MIMO雷达的DOD DOA和极化联合估计算法

该文研究了一种基于多输入多输出(MIMO)电磁矢量传感器阵列雷达目标波离角(DOD),波达角(DOA)和极化联合估计问题。提出一种新型矢量阵MIMO雷达系统模型,发射阵列采用常规阵元,而接收阵列采用电磁矢量传感器。在此基础上,该文提出4维MUSIC, ESPRIT和迭代1维MUSIC 3种联合参数估计算法。其中迭代1维MUSIC算法首先利用矢量传感器的内在结构特点获得目标DOA预估计,随后采用MUSIC算法对DOD和DOA分别进行1维搜索获得目标角度的高精度估计,最后给出一种基于ESPRIT的目标极化估计算法。迭代1维MUSIC算法可用于不规则阵列,对接收阵列约束较少,无需2维搜索及多维搜索,还可以利用矢量阵特点扩展阵列孔径提高DOA估计精度。此外,论文还推导了DOD, DOA和极化联合估计的CRB。仿真实验表明,与前两种算法相比,迭代1维MUSIC算法具有与CRB更接近的估计精度。     

基于降维噪声子空间的二维阵列DOA估计算法

为提高波达方向(Direction Of Arrival, DOA)的估计速度,该文基于子空间的正交性原理,利用噪声子空间及其共轭的交集进行奇异值分解(SVD)实现噪声子空间的降维,并基于降维噪声子空间与导向矢量及其共轭的双正交性提出一种2维阵列快速DOA估计算法。理论分析和仿真实验表明:该算法不受实际阵型的限制,能将传统MUSIC谱的角度范围压缩至原来的一半,从而将DOA估计的计算量降至传统方法的50%,并具有与MUSIC算法相当的角度分辨率。     

相干多径环境下信号空间特征及波达方向估计

以均匀直线阵和四阶累积量为基础,提出了一种新的空间特征盲估计算法.该算法首先利用阵列输出四阶累积量构造了一种空间特征矩阵,对其作特征分解可以得到各用户的空间特征估计.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进行了多径波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计.该方法突破了传统MUSIC、ESPRIT等算法的局限,可以利用M阵元估计2M2/3个DOA,且各DOA与信源自动配对.该算法不依赖于信号具体特征,适用于任意加性高斯噪声(如有色噪声)环境.理论分析和仿真结果说明了算法的有效性和鲁棒性.     

互质MIMO雷达的非圆信号降维DOA估计方法北大核心CSCD

针对传统互质阵列波达方向估计方法存在的自由度低、阵列孔径小、相位模糊等问题,提出了一种基于互质MIMO雷达的非圆信号降维波达方向(Direction of Arrival, DOA)估计方法。该方法结合了互质阵列与MIMO雷达的优点,利用非圆信号特性对阵列进行扩展,重构接收信号矩阵,然后进行降维处理,并利用噪声特征值的幂级数对噪声子空间进行修正,进一步提高算法精度。最后推导了文中方法的无相位模糊问题。仿真实验表明,文中方法能够有效避免相位模糊,大大提高自由度并扩大阵列孔径,与传统MUSIC算法以及互质阵列MUSIC算法相比,在估计成功率、DOA估计精度等方面均具有更好的性能。     

基于矢量传感器的扩展孔径双基地MIMO雷达多目标定位算法

该文研究基于电磁矢量传感器的扩展孔径多输入多输出(MIMO)雷达多目标定位算法。提出了一种新型MIMO雷达系统,发射阵列采用常规阵元,而接收阵列采用电磁矢量传感器,且传感器间距大于半波长。算法首先采用ESPRIT算法获得目标波达角(DOA)高精度模糊估计,随后利用矢量传感器的内在结构特点结合子空间旋转不变性获得目标DOA低精度无模糊估计进行解模糊,从而得到目标高精度DOA估计。最后利用已知DOA信息,采用1维MUSIC算法获得目标波离角(DOD)高精度估计。与已有算法相比,该算法大大提高了MIMO雷达的目标定位精度,且无需配对和2维搜索,具有较低的运算量。仿真结果证明了所提算法的有效性,其估计精度与CRB界接近。     

偶极子分离的矢量阵MIMO雷达多维角度估计算法

该文提出了一种基于2维矢量接收阵列的双基地MIMO雷达系统多目标ADOD(Azimuth Direction Of Departure),ADOA(Azimuth Direction Of Arrival)和EDOA(Elevation Direction Of Arrival)联合估计算法。雷达发射端采用均匀标量线阵,接收端将常规矢量阵元的每个电磁偶极子相互分离构成2维接收阵列。算法通过张量因子分解获取各流形矩阵,并利用ESPRIT算法估计目标的ADOD。文中给出了接收阵列的一种特定阵元排列方式,并改进了矢量叉积法用于估计目标的2D-DOA。与传统方法相比,该文所用阵列结构可通过扩展接收阵列孔径提高雷达的角度估计性能,相互分离的偶极子弱化了传统矢量阵的天线互耦效应。相应算法避免了谱峰搜索,能够自动配对,仿真实验证明了算法的有效性。     

双基地MIMO雷达四维角度和多普勒频率联合估计

该文提出了一种新的基于L型阵列双基地MIMO雷达多目标的4维角度和多普勒频率联合估计的算法,该算法根据DOA 矩阵法的思想构造矩阵,通过特征参数与待估参数之间的特定关系,推导出了目标2维DOA, 2维DOD及多普勒频率联合估计式,并得到闭式解。该算法无需谱峰搜索,只需一次特征值分解,且估计出的5维参数自动配对,与ESPRIT算法相比,计算复杂度降低,且性能非常接近,并能克服空间色噪声的影响,在发射信号非完全正交时仍旧适用。仿真结果验证了该算法的有效性。     

ESPRIT方法在MIMO阵列中的应用研究

针对双基地雷达的探测需要,文章研究了一种基于旋转不变子空间(ESPRIT:Estimation of signal parameters via rotational invariance techniques)的信号发射角(DOD:Direction of Departure)和信号接收角(DOA:Direction of Arrival)估计方法。该方法使用多输入多输出(MIMO:Multiple Input Multiple Output)阵列,利用发射和接收阵列的不变特性,分别估计出感兴趣目标的DOD和DOA,同时进行目标的收发角度配对。文章将该方法应用到MIMO阵列中,并通过计算机仿真验证了其有效性。     

宽带信号下的双基地MIMO雷达收发角估计

针对双基地多输入多输出(MIMO)雷达收发角联合估计问题,利用信号的循环平稳特性,构造宽带循环平稳信号下接收数据的循环自相关矩阵。对矩阵进行特征值分解,利用MUSIC, ESPRIT等空间谱估计算法估计出信号的收发角。宽带信号能够携带更多的信息量,利于不断增加的实际需求,而信号的循环平稳特性能够很好地抗干扰以及消除高斯噪声带来的影响。实验仿真结果表明,算法在宽带循环平稳信号下具有良好的角度估计性能。     

Direction of Arrival Estimation using EM-ESPRIT with Nonuniform Arrays

This paper deals with the problem of the Direction Of Arrival (DOA) estimation with nonuniform linear arrays. The proposed method is based on the Expectation Maximization method where ESPRIT is used in the maximization step. The key idea is to iteratively interpolate the data to a virtual uniform linear array in order to apply ESPRIT to estimate the DOA. The iterative approach allows one to improve the interpolation using the previously estimated DOA. One of this method’s novelties lies in its capacity of dealing with any nonuniform array geometry. This technique manifests significant performance and computational advantages over previous algorithms such as Spectral MUSIC, EM-IQML and the method based on manifold separation technique. EM-ESPRIT is shown to be more robust to additive noise. Furthermore, EM-ESPRIT fully exploits the advantages of using a nonuniform array over a uniform array: simulations show that for the same aperture and with a smaller number of sensors, the nonuniform array presents almost identical performance as the equivalent uniform array.     

波形相关矩阵未知情况下单基地MIMO雷达中一种改进MUSIC的DOA估计算法

该文研究了波形相关矩阵未知情况下多输入多输出(MIMO)雷达中的角度估计问题,提出了一种单基地MIMO雷达中改进多重信号分类(MUSIC)的到达角(DOA )估计算法。该算法可以在波形相关矩阵未知的情况下工作且性能优于传统的传播算子(PM)和借助旋转不变技术估计信号参数(ESPRIT)算法以及基于接收信号重构的MUSIC算法。该文算法可以扩展到任意阵列结构的MIMO雷达中进行角度估计。该文还给出了单基地MIMO雷达中DOA估计的克拉美罗界(CRB)。仿真结果验证了该算法的有效性。     

基于ESPRIT算法的十字型阵列MIMO雷达降维DOA估计

该文针对十字型阵列配置下的单基地MIMO雷达2维空间角度估计问题,提出一种基于ESPRIT算法的降维DOA估计算法。算法通过降维矩阵的设计及回波数据的降维变换,将高维回波数据转换至低维信号空间,最大程度地去除了所有的冗余数据;利用矩阵的酉变换进行实数域信号子空间的估计,并基于ESPRIT算法实现2维空间角度的联合估计及参数的自动配对。算法不牺牲阵列孔径,在获取信噪比增益和快拍增益的同时,有效降低了回波数据的维数,具有更低的运算复杂度。仿真结果验证了理论分析的正确性和算法的有效性。     

互质阵中基于降维求根的波达角估计算法

该文提出互质阵中基于降维求根的波达角(DOA)估计算法。互质阵包含两个稀疏均匀线性子阵,拥有互质的阵元间距和阵元数目。该算法基于子阵间的互协方差,利用较长子阵中的旋转不变性扩展较短子阵的虚拟孔径。然后通过矩阵分块构造噪声子空间,并将来自两个子阵的2维参数估计问题降维为1维求根问题,获得自动配对的2维模糊参数估计。最后由这2维模糊参数可恢复出两组参数,根据互质性从两组参数估计的交集中可以获得无模糊的高分辨率DOA估计。相比互质阵中的联合多重信号分类(MUSIC)算法和联合旋转不变技术(ESPRIT)算法,该算法无需特征分解,复杂度低,但可获得更精确的DOA估计,处理更多的信源,并且对色噪声有更强的鲁棒性。多个仿真结果均验证了所提算法的有效性。     

DOA ESTIMATION FOR WIDEBAND SOURCES BASED ON UCA

A new Direction Of Arrival （DOA） estimation algorithm for wideband sources based on Uniform Circular Array （UCA） is presented via analyzing widcband performance of the general ESPRIT. The algorithm effectively improves the wideband performance of ESPRIT based on the interpolation principium and UCA-ESPRIT. The simulated results by computer demonstrate its efficiency.     

采用Radon-Wigner变换的二维波达方向估计

针对宽带多线性调频信号2维波达方向(2-D DOA)估计精度低的问题,该文提出了一种基于Radon-Wigner变换(RWT)的2-D DOA估计方法。该方法利用RWT在多目标环境下能够有效抑制交叉项干扰和噪声,具有很好的时频汇聚性特点,通过峰值搜索确定目标个数并重构信号阵列,最后利用MUSIC空间谱分析方法实现了对多个LFM信号的2-D DOA估计。仿真实验表明,基于RWT的DOA估计方法能对非平稳信号进行有效的2-D DOA估计。