互质阵列DOA估计性能综合分析北大核心CSCD

互质阵列是近年来兴起的新型阵列,能显著提高阵列自由度,处理信源数大于阵元数时的波达方向(DOA)估计,且能提高角度分辨率和测角精度。文中根据互质阵物理阵元和虚拟阵元特点,结合多重信号分类(MUSIC)算法提出适用于互质阵基于物理阵列和虚拟阵列的DOA估计方法。该方法以非相干信号源为研究对象,利用互质阵列建立信号接收模型,基于物理阵列的DOA估计方法根据互质阵物理阵元位置特点推导其导向矢量,然后根据导向矢量计算回波信号数据和信号协方差矩阵,最后利用MUSIC算法进行DOA估计。基于虚拟阵列的DOA估计方法根据其虚拟阵元数据特点在向量化协方差矩阵并去冗余后选取连续虚拟阵元接收数据,然后对新协方差矩阵进行一维Toeplitz平滑重构,最后利用MUSIC算法或求根MUSIC算法进行DOA估计。与等阵元数的均匀线阵进行对比,仿真实验验证了互质阵列DOA估计性能的优越性。     

空间任意阵的多宽带信源定位算法性能研究

针对宽带信号非平稳特性,以及常用宽带DOA估计算法要求信源个数是已知的情况,提出一种新的基于空间任意阵的非平稳信号DOA估计算法。首先,通过短时傅里叶变换将信号转为频域表示,然后构造阵列频域数据模型,最后利用短时功率谱矩阵的联合对角化特性实现宽带信号的波达方向估计。本文对提出的算法进行了理论分析,并在常见阵型（如线阵、十字阵）上进行了仿真和性能分析,仿真结果表明该算法可高分辨率地估计出DOA,并且估计误差小。相对于已有的MUSIC谱估计方法,该算法无需进行信源个数估计,更具实用性。      

互耦条件下均匀线阵DOA盲估计

阵元间存在互耦时,经典的波达角(DOA)估计算法性能急剧下降甚至失效。针对互耦条件下均匀线阵DOA估计问题,该文提出一种基于盲源分离的DOA盲估计算法。首先,利用源信号的统计特性,由盲源分离方法估计广义阵列流形矩阵;然后,利用均匀线阵互耦矩阵带状、Toeplitz矩阵的特点,将DOA估计问题转化为多个可分离非线性最小二乘问题,由多个1维频域搜索得到DOA的估计。该算法无需高维搜索或多维迭代,对互耦自由度要求更低,互耦自由度未知时仍旧适用,稳健度高。数值仿真验证了该文算法的有效性。     

一种新的时频极大似然DOA估计方法

针对非平稳信号,提出一种新的时频域极大似然DOA估计方法,利用参考阵元与阵列中其它阵元输出之间的互伪Wigner-Ville分布建立起时频域的阵列信号模型,通过时频域极大似然方法获得入射方向估计。与基于空间时频分布矩阵的阵列测向方法相比,该方法具有计算量小、交叉项时频分布利用充分的优点。仿真实验证实了该方法的有效性。     

基于空时频协方差矩阵重构的高效跳频信号DOA估计

为了充分利用跳频信号的空域信息来进行信号的DOA估计,在信号空时频分析的基础上,本文提出了一种基于协方差矩阵重构的高效跳频信号DOA估计方法。首先将接收信号的均匀线阵（uniform linear array, ULA）平均划分成2个子阵,分别对每个子阵接收到的信号进行时频分析,在时频域选择有效跳,构造每跳的空时频矩阵（spatial time-frequency distribution, STFD）,然后求得2个子阵的互协方差矩阵。将2个子阵的互协方差矩阵进行重构运算得到等效的信号子空间,最后构造空间谱多项式求根估计出信号的DOA。仿真结果表明该方法相比于以往改进类子空间算法能够有效提高估计精度和降低算法复杂度。      

基于空间时频分布的高效DOA估计

提出了一种利用信号空间时频特征的高效波达方向（DOA）估计方法。通过计算参考阵元输出与其它阵元输出之间的互时频分布,构造出新的时频域数据矩阵模型,然后在时频面上不同的能量聚集区域内选择时频点,构造空间时频分布矩阵,然后对进行矩阵奇异值分解来实现波达方向估计。与直接构造空间时频分布矩阵的方法相比,该方法构造矩阵的计算量大大减小,并且能处理相干信号。仿真结果验证了算法的有效性。     

基于互相关抽样分解的分布式非圆信号DOA快速估计

在非相干分布式非圆信号波达方向(DOA)估计中,针对利用信号非圆特性后输出矩阵维数扩展带来的较大运算量问题,该文提出一种基于互相关抽样分解的DOA快速估计算法。该算法仅需要从子阵间的扩展互相关矩阵中抽样出少量行元素和列元素,构成两个低维子矩阵,进而通过低秩近似分解便可快速地同时求出左右奇异矢量,即分别对应两个子阵的信号子空间,避免了计算整个互相关矩阵及其奇异值分解运算;最后利用两个子阵信号子空间的旋转不变性通过最小二乘得到DOA估计。仿真分析表明,当行列抽样数大于信源数的两倍时,所提算法与直接基于互相关矩阵奇异值分解的非相干分布式非圆信号DOA估计算法性能相近,但复杂度得到了大幅度降低;而相比于传统的低复杂度非相干分布源DOA估计算法,所提算法利用信号非圆特性具有更高的估计性能。     

柱面共形阵列高性能低复杂度DOA估计算法

针对柱面共形阵列的波达方向(DOA)估计问题,从信号子空间的角度分析了在阵元遮挡下应用多重信号分类(MUSIC)算法的性能缺陷。在此基础上提出通过偏置常数的方法克服经典MUSIC算法的阵元遮挡问题。进一步提出一种基于数据自适应子阵分割的快速DOA估计算法,该方法先利用稀疏采样的偏置MUSIC算法进行DOA预估,依此确定所需要的子阵及二维搜索区域,确定MUSIC算法的搜索范围,进而得到高精确度的DOA估计。利用子阵分割的方法进行DOA估计,避免了经典MUSIC算法因阵元遮挡导致运算量大、精确度低等问题。仿真结果表明,该方法能大幅度降低运算复杂度,同时提高DOA估计精确度。     

基于均匀线阵的混合源波达方向估计方法

文中提出了一种基于均匀线阵的混合源波达方向DOA估计的改进方法。该方法首先利用传统MUSIC方法估计出非相干信号源的DOA,然后接收数据协方差矩阵进行差分消除不相关源和噪声的影响,对其进行特殊的空间平滑去相干,从而利用重建的数据协方差矩阵估计相干源的DOA。此方法的特点是分别估计不相关信号和相干信号的DOA。优点是算法在估计出多于阵元数信号的前提下具有较高的DOA估计精度和稳健性。仿真结果表明此方法的估计性能优于空间差分平滑算法。     

基于噪声子空间解析形式的快速DOA估计算法

该文针对特殊的信号环境各辐射源信号均值相等且不为零,利用均匀线阵导向矢量的Vandermonde结构,推导出了噪声子空间的解析形式,并以此为基础提出了利用均匀线阵和稀疏平面阵的1维和2维DOA估计快速算法。该算法不需要计算接收数据的协方差矩阵,也不需要任何矩阵分解,因此计算量远小于传统的超分辨DOA估计,而且无论信号之间是否具有相干性,该方法有相同的估计性能。仿真实验表明,在噪声均值为零且快拍数足够的条件下,该方法的估计性能整体上与Root-MUSIC算法相当,而在信噪比较低时性能优于后者。     

一种基于阵列信号处理的短波跳频信号检测方法

提出了一个适用于阵列天线的跳频信号检测模型。在该模型中,首先产生基于短时傅立叶变换的时频图,接着将跳频信号的各跳从时频图中分割出来,并用阵列信号处理中的到达方向(DOA)估计理论在频域中估计各跳的方向参数,最后通过空间聚类得到跳频信号的数目及各自的参数集。该模型具有计算量小、可检测变跳速跳频信号等优点。通过仿真实验验证了该模型的可行性和有效性。     

相干宽带线性调频信号的波达方向估计新方法

提出了一种相干宽带线性调频(LFM)信号的波达方向(DOA)估计新方法。该方法利用LFM信号在分数阶Fourier域上的解线调特性,构造出新的解线调域阵列数据模型,然后结合传统的矩阵重构解相干以及MUSIC算法实现相干LFM信号的DOA估计。若同时存在多组相干LFM信号入射,则首先在不同的能量聚集域上将各信号组分离,然后逐一进行各组内相干信号的DOA估计。该方法充分地挖掘了观测信号所包含的时频信息,增加了可检测的DOA数目,提高了分辨性能和抗噪声性能。此外,该方法无冗余阵元与孔径损失,且适用于任意流型阵列。仿真结果显示,在DOA估计的均方根误差(RMSE)相同时,与传统方法相比,本方法可获得8dB左右的信噪比增益。     

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.     

空间时频分布中的信号分类

空间时频分布可被用于信号盲分离和来波到达角的高分辨率估计等领域,在空间时频分布矩阵中选择合适的时频点是基于空间时频分布的阵列信号处理算法的关键.分析了空间时频分布矩阵的结构特征,通过无约束最优化方法在时频平面上搜索单一信号项的时频点,然后使用改进的最邻近法对时频点按来波类型进行分类,可以区分具有不同时频特征的方向相近的多个信号.     

一种基于加权平均的STFD矩阵的波达方向估计方法

提出了一种利用时频分布进行波达方向估计的改进算法。该算法以等距线阵为模型，在构建空间时频分布矩阵的基础上，选取多个能量峰脊上的时频点，对这些时频点进行加权平均，实现信源的波达方向估计。该方法采用加权平均，使高能量的时频点在阵列相关矩阵估计中起到更大的作用，更好地抑制了交叉项的影响，加强了TFD矩阵的对角化结构特性，从而提高了DOA估计的精度和性能。仿真结果验证了这种新方法的有效性。     

基于空频解耦的宽带DOA估计算法

宽带波达方向(DOA)估计是宽带阵列信号处理领域的热点问题,当宽带信号的距离分辨率与宽带孔径可比拟时,孔径渡越效应会成为影响宽带波达方向估计精确度的重要因素。基于宽带阵列信号在空域与频域间呈现线性耦合的特点,利用梯形变换进行解耦处理,并对解耦后数据相干积累进行 DOA估计。实验结果表明,通过对宽带孔径渡越效应的消除,宽带 DOA估计精确度显著提高。该算法具有较低的计算复杂度和较高的 DOA估计精确度,是一种有效的宽带 DOA估计算法。