智能天线系统中空间分域虚拟阵列的DOA估计算法研究

在即将商用的3G移动通信系统中，智能天线技术成为研究的热点．本文是以智能天线技术中DOA估计为基础，研究一种可提高估计能力的虚拟阵列DOA估计算法。介绍了虚拟阵列变换技术，根据智能天线系统的特点．采用空间分域的子阵思想．结合虚拟阵列变换技术．实现空间分域的虚拟阵列DOA估计。     

空间高阶时频分布及虚拟时频ESPRIT算法

基于L-Wignrer分布(LWD),定义了一种全新的空间高阶累积量L-Wigner分布,并利用虚拟时频ESPRIT算法与阵列扩展,提出了一种多个多项式相位信号(PPS)的DOA估计算法.该方法利用平滑的伪WVD分布以实现PPS信号的LWD分布极大地抑制了其中的交叉项并提高了信号时频聚集性.同时,将时频分析与高阶累积量结合,使算法具有虚拟阵列扩展的特点,高分辨高精度的估计了PPS信号的DOA.理论分析和计算机仿真表明该方法具有很好的参数估计性能.     

智能天线系统中空间分域虚拟阵列的DOA估计算法研究

在即将商用的3G移动通信系统中,智能天线技术成为研究的热点,本文是以智能天线技术中DOA估计为基础,研究一种可提高估计能力的虚拟阵列DOA估计算法.介绍了虚拟阵列变换技术,根据智能天线系统的特点,采用空间分域的子阵思想,结合虚拟阵列变换技术,实现空间分域的虚拟阵列DOA估计.     

虚拟空间平滑算法

根据MASK、BPSK和AM等信号的实值特性,利用阵列接收数据及其共轭信息,构造了虚拟子阵,提出了虚拟空间平滑算法,较好地解决了信号高度相关问题.虚拟子阵具有M个阵元,避免了阵列孔径的损失,使该算法最大可分辨的相干信号数目为M-1.仿真实验证明,与前后空间平滑算法相比,该算法提高了空间分辨率,适应小样本,在一定程度上可以降低了计算量.     

基于虚拟阵列空间平滑的相干信号DOA估计

 针对相干共轭循环平稳信号的DOA估计问题,提出了一种基于虚拟阵列前后向空间平滑的方法。该方法利用特定阵元输出间共轭循环相关函数的多时延采样,构造出与真实线阵阵元具有一一对应关系的虚拟阵列,并将空间平滑技术应用于该虚拟阵列实现了相干信号DOA估计。理论分析和仿真结果均表明,与FBSS-CCMUSIC算法和CCHAM算法相比,本文方法避免了最优时延选择问题,并获得了更高的DOA估计精度,同时,对信号不同入射方向也具有较好的稳健性。此外,该方法也可推广用于具有循环平稳特性的信号。     

累量域虚拟阵列二维波达方向估计算法

利用空间四阶累量的孔径扩展性质,构造了一种新的累量域虚拟阵列波达方向矩阵。由累量域虚拟阵列波达方向矩阵非零特征值的幅值和相位即可分别估计出信号源的方位角和俯仰角。本算法阵元利用率高,阵列布置灵活,由于采用了累量,通过适当布置阵列可压制任意分布噪声,获得较好的估计效果。     

基于谱外推的虚拟孔径阵列旁瓣抑制技术

分裂发射虚拟孔径阵列是MIMO成像雷达中常采用的一种阵列结构,其在稀疏分布的情况下存在高旁瓣问题。阐述了MIM0雷达的空间谱成像理论,并从谱填充的角度分析了在分裂发射虚拟孔径阵列中高旁瓣产生的原因,进而提出一种基于谱外推的分裂发射虚拟孔径阵列旁辨抑制方法。该方法利用AR模型在二维空间谱域进行数据外推处理,从而得到完整的空间谱支撑域,在保持分辨率的同时有效地抑制了旁瓣。仿真数据和实测数据处理验证了该方法的有效性。     

基于阵列内插的双基地互质MIMO雷达角度联合估计方法北大核心CSCD

针对互质阵列形成的差分共阵(DCA)存在空洞导致虚拟阵列不连续的问题,提出了一种基于阵列内插形成无孔互质阵的双基地多输入多输出雷达测向方法。首先,推导阵列内插的位置与形成的DCA填补空洞的位置,并推导出自由度闭合式;其次,分别在发射阵列和接收阵列将子阵列内插,形成连续的虚拟发射阵列和虚拟接收阵列;然后,利用选择矩阵使等效虚拟信号向量在虚拟发射阵列和虚拟接收阵列中平滑移动得到空间平滑矩阵;最后,利用空间平滑矩阵进行空间谱估计,并通过多重信号分类算法实现角度自动匹配。     

基于空间三维非均匀SISO阵列雷达的介质目标快速成像算法

近年来,随着高精度定位系统的迅猛发展,基于手持式毫米波雷达的阵列成像技术在无损检测和医疗成像等涉及介质内部结构成像的领域中引起了广泛关注.与常见的二维（Two-Dimensional,2D）平面单发单收（SingleInput-Single-Output,SISO）阵列不同的是,基于手持式毫米波雷达的阵列,其阵元通常非均匀分布于三维（Three-Dimensional,3D）空间中,导致现有的基于平面SISO阵列的对介质目标内部结构进行快速成像重构的算法无法适用.为此,本文提出了一种适用于空间3D非均匀SISO阵列雷达的半空间介质目标快速成像算法.该算法将空间3D非均匀SISO阵列的每一个阵元扩展为一个的虚拟阵列,然后将所有虚拟阵列的回波数据变换至波数域后进行相干累加,最后通过3D逆傅里叶变换（Inverse Fourie Transform,IFT）实现快速成像.数值仿真和实验测量表明,与同样适用于该场景的改进后向投影（Improved Backward Projection,IBP）算法相比,在本文给定的成像参数条件下,所提算法可以在保证成像质量的同时,将成像时间缩短94%以上.     

两种实现宽带信号空间重采样测向算法的比较

空间重采样是一种用于宽带信号的处理方法。由于宽频带的缘故,使得不同频率的信号阵列流行不同,适用于窄带信号的处理方法就不能直接用于宽带信号。为了把不同频率的信号子空间对齐,空间重采样的方法通过将接收到的阵列信号通过变换得到满足要求的虚拟阵列输出,从而达到聚焦的效果,基于聚焦思想的算法保持了其对相干信号的处理能力。可以通过不同的方法来实现空间重采样,论述了空间重采样的基本原理以及两种不同的实现方法,并通过仿真比较了两种算法的测向性能。     

基于二次虚拟孔径扩展的双基地MIMO雷达相干分布式目标中心角度估计

该文提出了基于二次虚拟孔径扩展的双基地MIMO雷达相干分布式目标中心角度估计算法。首先构造了基于非均匀阵列的具有相同确定性角信号分布函数和分布参数的相干分布式目标的双基地MIMO雷达信号模型,再利用基于最小冗余的差分共置阵列思想,实现了阵元二次虚拟扩展;然后通过构造置换、去冗余和换维矩阵,得到了新的协方差矩阵;最后利用ESPRIT算法思想,估计出相干分布式目标的发射、接收中心角,并且实现了角度参数的自动配对。由于该文算法实现了阵元二次虚拟扩展,因此相比于传统MIMO雷达能识别更多的目标,具有更高的估计精度。实验仿真结果证明了该文算法的有效性。     

基于Toeplitz协方差矩阵重构的互质阵列DOA估计方法

针对基于互质阵列的欠定DOA估计方法对于虚拟阵元非连续部分利用率不高的问题,该文提出一种基于Toeplitz协方差矩阵重构的DOA估计方法。首先,从互质阵列差联合阵的角度分析虚拟阵元分布特性,结合其与协方差矩阵中各元素得到的波程差存在对应关系,将协方差矩阵进行扩展得到一个数据缺失的高维协方差矩阵;然后,根据矩阵填充理论,用迹范数代替秩范数进行松弛,对缺失元素进行填充;最后,利用现有root-MUSIC方法进行DOA估计。理论分析和仿真结果表明,该方法提升了虚拟阵元的利用率,从而增加了虚拟孔径和可估计信号数,同时无需对角度域进行离散化处理,有效消除了模型失配的影响,并且避免了正则化参数选取问题,提高了估计精度和分辨率。     

基于虚拟阵列变换的干涉仪测向算法

针对宽带测向中的相位模糊问题,提出了一种基于虚拟阵列变换的干涉仪测向算法.该算法利用实际阵列的相位差作矢量运算,从而获得新的相位差,将新的相位差作为虚拟阵列相邻阵元的相位差,由此求得入射信号的方位角和俯仰角估计.经过虚拟阵列变换所获得的虚拟阵列半径较原阵列半径缩小了,从而使得系统的无模糊频段得到了扩展,为解相位模糊提供了一种新的途径.仿真结果验证了虚拟阵列变换的正确性及基于该变换的干涉仪测向算法的有效性.     

基于虚拟阵叠加原理的阵列抗干扰方法研究

提出了一种基于虚拟阵叠加原理的阵列抗干扰方法。将相控阵列分解成一个主阵列和 N 个虚拟阵列,主阵列采用 Taylor 幅度加权实现低旁瓣电平,并通过相位控制使主波束对准来波方向。虚拟阵列也采用 Taylor 加权,并在主阵列旁瓣上产生 N 个零点,实现阵列的旁瓣对消, 虚拟阵的低旁瓣将减少对阵列主波束的影响,虚拟阵加权后与主阵列叠加最终得到整个阵列抗干扰的幅相权值。文中使用该方法对一个 24 元直线阵进行抗 3 个干扰的设计验证,在 3 个干扰方向实现了小于-100dB 的零点,证实了该方法的有效性。     

数字端射阵列栅瓣抑制研究

通过拉大端射天线阵元间距到1．5λ,可以获得组阵高增益,但是引入了栅瓣问题。提出了一种基于最小二乘估计的虚拟内插阵元算法来实现栅瓣抑制。虚拟端射阵列的阵元间距减小到（或者小于）0．5λ,这样栅瓣得到抑制。最后进行试验验证算法的可行性和正确性。试验结果表明：随着虚拟内插端射天线阵元个数的增加,栅瓣明显被抑制,峰值副瓣电平降低。在相邻两个实阵元间内插3个虚拟阵元,虚拟端射阵列保持了实端射阵列高增益,而实阵列峰值副瓣电平为-8．35dB,下降到虚拟阵列峰值副瓣电平为-18．25dB,栅瓣得到有效抑制。试验结果验证了基于最小二乘估计的虚拟内插阵元算法的可行性和正确性。     

DESIGN OF VIRTUAL UNIFORM LINEAR ARRAYS FOR EFFICIENT DIRECTION FINDING

The problem considered in this paper is to interpolate a virtual uniform array froma real two-dimensional array with arbitrary geometry via an interpolation matrix. The key to thisproblem is how to arrange these virtual sensors. It is shown that the virtual uniform linear arrayshould have the same main-lobe beam-pattern as the real array over an angular sector of interest.Simulation results are presented to illustrate the application of virtual array in direction finding.     

一种基于平行稀疏阵列虚拟孔洞填充的二维DOA估计算法

采用稀疏阵列进行波达方向（Direction of Arrival,DOA）估计时往往会产生虚拟孔洞，它严重限制了阵列孔径的扩展与阵元自由度的提升。由于孔洞位置与初始阵列阵元数目、排布方式有关，故较难对其进行预填充。为此，提出了一种基于平行稀疏阵列虚拟孔洞填充的二维DOA估计算法，利用双稀疏线阵扩展生成两个不同的虚拟阵列，并利用其中一阵的信息去填充另一阵的孔洞。为尽可能减少总阵元数目，采用提前计算的孔洞位置去设计另一阵列的排布规则，并通过求根多重信号分类(Root-Mutiple Signal Classification，Root-MUSIC）算法替代传统的二维谱峰搜索算法完成对入射角度的估计与自动匹配。实验仿真结果验证了所提算法相比传统算法能以更少的阵元获得更高的估计精度。     

用于方向估计的虚拟均匀线阵的设计

在不规则阵列场合,通过内插运算构造虚拟阵列可以解决高分辨方向估计中的一些问题。本文研究了虚拟均匀线阵的设计问题,给出了确定虚拟阵元个数、阵元间隔的方法,并对内插矩阵的计算进行了讨论。