基于分数阶傅里叶变换的宽带LFM相干信号二维DOA估计

在分数阶傅里叶(FRF)域从离散角度推导了二维DOA估计数学模型,并在此模型基础上提出基于分数阶Fourier变换的二维相干信号DOA估计新算法.该方法利用分数阶傅里叶变换良好的能量聚集性,在分数阶傅里叶(FRF)域构造前后向空间平滑DOA矩阵.通过对DOA矩阵进行特征值分解,估计信号子空间和噪声子空间,由信号子空间的特征值和特征向量得到宽带LFM相干信号的二维到达角,避免了二维谱峰搜索和交叉项,也无需参数配对.理论推导与实验仿真验证了算法的有效性.     

基于混合型MUSIC算法对相干信源DOA估计

在实际通信环境中,由于传播环境的复杂性使空间中存在大量的相干信号,从而导致信源协方差矩阵的秩亏缺。为使得矩阵的秩恢复到等于信号源数并解决相干信源波达方向（direction of arrival ,DOA）估计问题,提出了一种混合型MUSIC算法。该算法通过前后向空间平滑技术对天线阵列进行预处理,并将得到的新协方差矢量矩阵应用于改进的IMUSIC算法进行信号数据处理分析,得到相干信号的DOA角度估计。仿真结果表明,在信噪比低的情况下,信号间隔很小且存在相关信号时,混合型MUSIC算法能准确地估计出信源的DOA,验证了该算法的高分辨率和高性能。     

相干信号的空间谱估计算法研究

研究相干信号谱估计精度问题,由于空间信号噪声影响,识别精度低。为此提出了一种改进的解相干谱估计算法——全局滑动修正算法。可通过对平滑子阵划分的修正,突破了阵列布局限制,有效地使可利用的子阵数目大于双向空间平滑中的子阵个数,采用全部的阵元当做一个滑动的子阵,得到一个新的包含空间谱信息的协方差矩阵,再对其进行特征值分解,然后按照MUSIC算法进行谱估计。仿真结果证明,全局滑动修正算法能很好地对相干信号进行解相干DOA估计,并且在信噪比较低时,比前后向空间平滑算法具有更高的估计精度。     

基于空间平滑MUSIC算法的相干信号DOA估计

针对传统解相干算法在低信噪比条件下不能有效分辨角度接近的信号源DOA的问题,提出一种基于空间平滑技术的特征空间多重信号分类MUSIC(Multiple Signal Classification)算法。首先用改进的空间平滑算法对相干信号进行预处理,然后对其应用特征空间MUSIC算法进行精确的DOA估计。计算机仿真结果表明,该算法的改进能更加有效地估计相隔较近的小信噪比信号源的DOA,分辨能力较强。     

单基地MIMO雷达中相干目标的波达角和多普勒频率快速联合估计算法

针对单基地MIMO中相干目标的波达角（Direction-of-arrival,DOA）和多普勒频率联合估计问题,提出了一种降维-前向平滑-传播算子算法（Reduced dimension-forward spatial smoothing-propagator method,RD-FSS-PM）。该算法首先通过对接收信号进行降维变换以降低复杂度,继而利用前向平滑技术（Forward spatial smoothing,FSS）实现解相干,最后通过传播算子算法（Propagator method,PM）实现了对相干目标的波达角和多普勒频率联合估计,且无需额外配对。与传统的FSS-PM算法相比,所提算法波达角估计性能提升,多普勒频率估计性能接近而复杂度大大降低。本文同时分析了算法的理论均方误差（Mean squared error,MSE）和单基地MIMO雷达中波达角和多普勒频率联合估计问题的克拉美罗界（Cramer-Rao bound,CRB）。最后提供了详尽的仿真实验以验证算法的性能。     

一种高性能的二维波达方向估计算法

在二维虚拟ESPRIT算法的基础上,提出了一种高性能的改进算法。改进方法依照子阵数据直接空间平滑的思想对子阵数据进行预处理,用虚拟阵列变换技术实施阵列变换,采用波达方向矩阵法的思路计算二维角度参数。仿真结果表明,相比于空域平滑的DOA矩阵法和空域平滑的二维虚拟ESPRIT算法,该方法在低信噪比情况下对相干信号源具有更好的估计性能,对独立信号源,能够估计出超过子阵阵元数的信号。     

基于稀疏电磁矢量传感器阵列的相干目标DOA自适应估计和跟踪

研究了利用阵元稀疏分布的电磁矢量传感器阵列对相干目标二维波达方向(DOA)进行自适应估计和跟踪的问题.首先,提出了一种新的解相干预处理方法--极化差分平滑算法(PSDA),并结合传播算子给出一种相干目标DOA的估计方法(PSDA-propagator),无需特征值分解以获得信号/噪声子空间,与基于极化平滑算法(PSA)的同类子空间方法相比,提出的方法在非均匀噪声环境有更好的估计性能.其次,为了实现DOA的自适应估计或对时变DOA的跟踪,论文结合最小均方(LMS)或归一化最小均方(NLMS)算法估计瞬时传播算子,并且通过近似牛顿(approximate Newton)算法更新方位角/仰角的估计.实验结果显示了算法有良好的自适心估计和跟踪性能.     

一种混合源环境下的波达方向估计方法

提出了一种基于均匀线阵的混合源波达方向DOA估计的新方法。该方法首先利用传统MUSIC方法估计出非相干信号源的DOA,然后对整个阵列数据协方差矩阵进行差分消除不相关源信号和噪声的影响,再对此差分矩阵进行特殊的空间平滑去相干,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,优点是在可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。理论分析和仿真结果表明此方法的估计性能优于空间差分平滑算法。     

电磁矢量阵中基于PARALIND分解的相干DOA估计算法

将电磁矢量传感器阵列参数估计问题与平行线性相关剖面模型(Parallel profiles with linear dependencies, PARALIND)相结合,利用PARALIND分解,提出了一种线性电磁矢量阵中相干信号波达方向(Direction of arrival, DOA)估计算法。该算法能够实现对电磁矢量阵中相干信源的角度估计,同时能得到相应的相干系数矩阵,其估计过程无需谱峰搜索,对均匀线阵以及非均匀线阵都适用。该算法角度估计性能优于传统的前后向平滑借助旋转不变性进行信号参数估计(Forward backward spatial smoothing-estimation of signal parameters via rotational invariance techniques, FBSS-ESPRIT)算法和前后向平滑传播算子(Forward backward spatial smoothing-propagator method, FBSS-PM)算法,且对于角度相隔较近的相干信源,该算法也能进行有效的辨识与估计。     

宽带混合信号的快速DOA估计算法

针对均匀线列阵,在宽带混合信号(不相关和相干信号共存)情形下,提出了一种DOA快速估计新算法。利用阵列协方差矩阵的Hermitian性,通过酉变换将各频点的复数据矩阵映射为实矩阵,通过实值化的TOFS法先直接估计出宽带非相关信号的DOA;然后利用空间差分技术,在各个频点上得到只含相干信号的数据协方差矩阵;通过Toeplitz矩阵重构,在不降低阵列孔径的条件下,可实现相干信号的解相干,再利用实值TOFS法可得到相干信号的DOA。由于算法是并行分别对不相关和相干信号进行DOA估计,在信源过载(信号数大于阵元数)的情形下,算法依然有效,同时由于实值化,算法的计算复杂度较小。仿真结果验证了算法的有效性。     

Optimized DOA estimation for an array antenna

Abstract—In this paper, we propose a Direction-of-Arrival (DOA) estimation technique that allows application of the signal subspace method. In the case when interference signals are coherent to the desired signals, the performance of the subspace method is reduced remarkably. As a solution to this problem, the spatial smoothing method has been proposed and applied. With the orthogonal element in the weighted spatial smoothing method being the calculation process to realize the MUSIC method, which is the most frequently used subspace, it becomes more complex. In order to solve this problem, we maximize the performance of DOA estimation by assigning a weight vector, which is directly orthogonal to the signal subspace. In this paper we compare the efficiency of the proposed algorithm with a modified spatial smoothing method via simulation results. The text was submitted by the authors in English.     

基于改进加权空间平滑的凸优化协方差估计

针对相干信号受到非均匀噪声的干扰,在低信噪比环境中常规DOA估计存在估计效果较差甚至失效的情况,基于改进加权空间平滑,提出一种使用凸优化构造最优权重矩阵的方法。改进加权空间平滑算法解相干的同时构造权重矩阵,再用凸优化重构无噪声权重矩阵,将平滑过的协方差矩阵加权,并用MUSIC算法进行DOA估计。仿真结果证实,所提方法相对于空间平滑（spatial smoothing,SS）、基于特征空间MUSIC的空间平滑估计（spatial smoothing and eigen space based MUSIC,SS-ESMUSIC）以及接收信号协方差矩阵秩最小化（spatial smoothing based covariance rank minimization,SS-CRM）算法能更好地抑制非均匀噪声和解相干,且减少了低信噪比的干扰,展现出更优良的分辨力和准确性。     

改进Geese算法对信号的DOA估计

针对传统的空间谱估计算法对相干源的波达方向（DOA）估计会失效的问题，该文在利用信号子空间特征向量生成广义特征值（Generalized Eigenvalues utilizing Signal subspace Eigenveetors，Geese）算法基础上，结合空间平滑技术对接受数据进行预处理，提出一种改进的Geese算法。该算法由于不需方向搜索且只利用信号子空间，大大降低了计算复杂性。计算机仿真结果表明，与Geese算法相比，该改进算法既能够有效地估计出独立信号源的DOA，也能有效地估计出相干信号源和相隔比较近的低信噪比信号源的DOA。对于独立源的估计，在相同条件下，估计性能也要优于经典的空间谱估计算法（ESPRIT算法和MUSIC算法），从而证明该算法的合理性。     

基于广义相位平滑的矢量阵列波达方向估计

研究如何利用信号的非圆性提高声矢量阵列信号波达方向(Directon of arrival,DOA)估计的精度.提出通过广义相位平滑预处理提高多重信号分类(Multiple signal classification,MUSIC)DOA估计方法特征子空间对数据协方差矩阵扰动的鲁棒性.该法适用于任意中心对称声矢量阵列,且无需子阵划分,不存在孔径损失,并可完成两个多径信号的解相干.仿真结果表明,广义相位平滑处理可明显改善恶劣条件下(低信噪比,小快拍教)基于MUSIC的非圆信号DOA估计精度.     

基于数字波束形成的相干标签信号检测方法

以均匀直线阵为基础,提出一种在相干多径环境下检测标签信号的方法。结合加权空间平滑技术的MUSIC算法对相干多径信号的波达方向进行估计,根据波达角用线性约束最小方差准则调整权值,通过数字波束形成技术产生自适应定向波束,达到提高在相干多径环境下检测标签信号成功率的目的。实验结果证明了该检测方法的有效性。     

Quaternion-MUSIC for near-field strictly noncircular sources with large-scale polarization array

In this paper, a novel localization method is proposed for DOA, range and polarization estimation of near-field noncircular sources in massive multiple-input-multiple-output (MIMO) systems. Compared with traditional MUSIC-based algorithms, the proposed algorithms can separate the polarization parameters from the spatial spectrum function, avoiding the four-dimensional (4-D) spectrum search and realizing the fast localization of the near-field source with high accuracy. First, the dimension-reduced MUSIC (DR-MUSIC) algorithm is proposed for DOA and range estimation with low computational complexity, and given a closed-form expression of polarization estimation. Next, based on the quaternion theory, a novel algorithm named quaternion non-circular MUSIC (QNC-MUSIC) is proposed for parameter estimation of non-circular signals with high estimation accuracy. In addition, the analysis of the computational complexity and simulations of the proposed method are provided, showing that the proposed method yields a better performance than DR-MUSIC in massive MIMO systems.     

一种实用的空间平滑ESPRIT 算法

针对移动通信环境中多径传播的信号到来方向估计问题，结合空间平滑技术，提出一种空间平滑的ESPRIT算法，并给出了多径信号数目的推定方法．仿真结果证明，与ESPRIT算法相比，所提出的算法不仅适用于独立信号源，而且适用于相关信号源，具有分辨率高、计算量小等特点。