超分辨TOA/TDOA估计算法

传统到达时间/到达时间差(TOA/TDOA)估计算法中,时域分辨率是受到信号带宽限制的。当信号带宽有限或者不可控,而且被观测目标处于密集目标环境中或者存在较强多径效应,为了在距离/时间维度上区分来自于不同信号源的信号,需要考虑使用超分辨技术。本文对多种距离超分辨算法进行了比较和总结,主要包括了自适应正则最小二乘法(ARLS)、逆滤波器法(IF)、迭代自适应算法(IAA)、基于互相关的MUSIC算法(MUSIC-CC)以及基于信道响应的MUSIC算法(MUSIC-CR)。首先介绍了各种算法的基本原理,然后通过仿真数据以及软件无线电平台(USRP)获得的实验数据,对以上提到算法的性能进行了对比和分析。     

相关噪声中的TOA估计算法研究

实际环境中,常存在信号与噪声相关的情况,因此相关噪声环境中高效准确的信道参数估计算法的研究对于无线通信系统的构建至关重要。本文首先研究了基本MUSIC算法的TOA参数估计算法,仿真表明此种算法在高斯白噪声环境表现良好,但是并不适合相关噪声环境。针对相关噪声环境,本文研究了TOA参数估计中的MUSIC改进算法,并进行了仿真验证。仿真结果表明,改进算法完全可以适合于相关噪声环境中进行高分辨率TOA估计。     

频域交织子空间法估计DS信号TDOA

频域超分辨率算法用于通信信号到达时间(差)(TOA/TDOA)测量时遇到2个问题:一是噪声采样呈现非白和非平稳特性;二是带限通信信号频域采样点数少,可以利用的信息量有限。针对这2个问题,提出了适合直扩信号到达时间(差)估计的频域交织子空间法,并证明交织之后得到相关矩阵的特征结构更适合于子空间法;推导出算法的可行性,最后给出仿真结果。     

多径信号到达角和时延高分辨联合估计算法

本文提出了一种新的高分辨高精度的多径信号到达角和时延联合估计算法.该方法通过对多径信号与参考信号进行相关处理,再根据PRO-ESPRIT算法的思想,实现了DOA(Direction-Of-Arrival)估计;并对相关延迟向量进行变换,从互功率谱相位中提取时延信息,完成了高分辨的TOA(Time-Of-Arrival)估计.最后,本文推导了频域模型下到达角和时延联合估计的Cramer-Rao下界.并将通过仿真对本算法的性能进行了评估.     

一种基于能量跳跃的脉冲超宽带TOA估计

基于到达时间估计(TOA)的脉冲超宽带(IR-UWB)测距理论上可达到厘米级的精度.当无法估计接收信噪比时,基于门限的TOA估计精度受到门限设置的限制.本文提出了一种基于能量跳跃函数(FEE)的最大能量跳跃(MEL)TOA估计算法.该算法将最大径之前一段时间内FEL取值最大的时刻作为TOA的估计,估计过程中不需要设置门限.本文通过仿真分别在CMl和CM2信道模型中比较了MEL和几种常用算法的绝对平均误差(MAE).仿真结果表明,在多径信道环境尤其是非视距(NLOS)环境中,MEL算法的估计精度比门限比较(TC)算法和最大值回推(MES-SB)算法有较大的提高,而且接收信噪比越高MEL算法的优势越明显,在信噪比高于12dB时估计精度提高约3至4纳秒.     

超分辨率重建技术研究进展

超分辨率(Super Resolution,SR)重建技术是指由一些低分辨率(Low Resolution,LR)模糊的图像或视频序列来估计具有更高分辨率(High Resolution,HR)的图像或视频序列,同时能够消除噪声以及由有限检验器尺寸和光学元件产生的模糊,是提高降质图像或序列分辨率的有效手段。首先介绍超分辨率重建所基于的成像系统模型,并对现有的图像超分辨率重建算法进行总结,重点对基于学习的超分辨重建算法进行对比分析,最后指出超分辨率重建技术的发展方向。     

考虑调制不对称度的伽利略搜救信号参数估计算法

针对伽利略搜救系统中到达频率(FOA)、信息位宽和到达时间(TOA)高精度估计的需求,考虑到实际信号中信息位宽和调制不对称度未知的情况,给出了多维联合极大似然估计算法和体积重心算法相结合的FOA、信息位宽和TOA估计算法.首先简述了实际伽利略搜救信号模型,然后推导了算法原理,并给出了完整的参数估计实现步骤.优化关键参数后,MonteCarlo仿真结果表明,在34.8dBHz的处理门限下,该算法得到的FOA、信息位宽和TOA估计的均方根误差分别小于0.03 Hz、0.23 μs和12μs,信息位宽和TOA精度较以往算法分别提高约23％和12％.     

IR-UWB 系统中基于 root-MUSIC 算法的 TOA 和 DOA 联合估计简

针对二维多重信号分类算法可以估计出系统的到达时间(TOA, time-of-arrival)和波达方向(DOA, direction- of-arrival)参数,但需要复杂度非常高的二维谱峰搜索这一问题,提出了IR-UWB系统中基于求根MUSIC(root-MUSIC)的TOA和DOA联合估计算法,该算法对接收信号的频域形式建模,先估计出TOA,然后由TOA的差值计算出DOA,从而实现TOA和DOA的联合估计。该算法不需谱峰搜索,可直接给出估计参数的闭式解,还可实现参数配对。还推导了参数估计的误差方差。仿真结果表明,该算法的参数估计性能明显优于矩阵束算法、传播算子算法以及基于旋转不变技术估计信号参数算法,并且非常接近于2D-MUSIC算法,但该算法的复杂度却远远低于2D-MUSIC算法。     

一种新的DOA估计方法

用四阶累积量构造了一个较通用的累积量矩阵,该矩阵符合最小模（Min-Norm）算法的结构,从而可进行DOA估计。仿真结果表明,该方法在高斯噪声中具有良好的统计性能,是实现高分辨方位估计的有效方法。     

基于超分辨率与在线检测DSST的红外小目标跟踪

红外小目标的相关研究在军事领域的制导、预警和边防间谍无人机检测中极其重要。针对红外小目标的跟踪研究,本文提出了一种基于超分辨率增强与在线检测DSST(Discriminative Scale Space Tracker)的小目标跟踪算法。首先,基于融入红外图像特征的超分辨率重建算法对原始图像进行更新,增强了弱小目标,然后,增强的图像被用作基于在线检测DSST算法的输入,得到响应映射,估计目标位置。实验结果表明,与几种最新算法相比,该算法在准确性方面表现出色。     

Super-resolution TOA estimation with diversity for indoor geolocation

This paper presents an in-depth investigation of frequency-domain super-resolution time-of-arrival (TOA) estimation with diversity techniques for indoor geolocation applications. A methodology for performance evaluation of super-resolution techniques based on the measurements of indoor radio propagation channels is presented. The performance of super-resolution techniques is compared with the performance of conventional TOA estimation techniques. The effects of diversity techniques on the performance of super-resolution techniques are evaluated. The measurement and simulation methods presented in this paper can be used to establish empirical performance bounds for real implementation of super-resolution indoor geolocation systems.     

OFDM-WLAN系统互相关超分辨TOA估计

在正交频分复用无线局域网系统的室内场景下,针对单快拍多重信号分类的超分辨到达时间估计由于多径数估计不准确导致的到达时间估计误差偏大的问题,提出了一种未知多径数的互相关超分辨到达时间估计算法。该算法根据正交频分复用无线局域网系统的物理层协议数据单元的特点,考虑到前导码中相邻两个长正交频分复用符号的信道不变性和噪声的不相关性,首先利用两个长正交频分复用符号估计两组信道频域响应,然后,采用前后向频域平滑的方法,求两组信道频域响应的互相关矩阵,进而用所求互相关矩阵逆的高次幂近似噪声特征矩阵的乘积,最后构造伪谱函数并进行谱峰搜索,从而实现到达时间的估计。仿真结果表明,该算法估计精度高,且对噪声不敏感,具有较好的鲁棒性。     

改进SSMUSIC超分辨多径时延估计算法

传统的MUSIC超分辨时延估计技术是直接基于测量数据,其性能往往只对宽带且频谱近似平坦的信号较优,而对窄带信号估计性能较差。针对上述问题,本文通过利用谐波频率估计模型和DOA (Direction of Arrival)估计模型之间的等价性,将时延估计问题转化为谐波频率估计问题,提出了一种改进SSMUSIC(Signal Subspace Scaled Multiple Signal Classification)超分辨多径时延估计算法。改进后的算法采用平滑的思想和SSMUSIC算法的思想构造协方差矩阵和MUSIC谱,实现了对多径时延的超分辨估计。仿真表明,该算法能够实现对窄带信号多径时延超分辨估计且具有DP(Direct-Path)不模糊和谱峰陡峭的特点,估计性能优于传统的超分辨算法。      

Joint estimation of TOA and DOA in IR-UWB system using a successive propagator method

Impulse radio ultra-wideband (IR-UWB) ranging and positioning require accurate estimation of time-of-arrival (TOA) and direction-of-arrival (DOA). With receiver of two antennas, both of the TOA and DOA parameters can be estimated via two-dimensional (2D) propagator method (PM), in which the 2D spectral peak searching, however, renders much higher computational complexity. This paper proposes a successive PM algorithm for joint TOA and DOA estimation in IR-UWB system to avoid 2D spectral peak searching. The proposed algorithm firstly gets the initial TOA estimates in the two antennas from the propagation matrix, then utilises successively one-dimensional (1D) local searches to achieve the estimation of TOAs in the two antennas, and finally obtains the DOA estimates via the difference in the TOAs between the two antennas. The proposed algorithm, which only requires 1D local searches, can avoid the high computational cost in 2D-PM algorithm. Furthermore, the proposed algorithm can obtain automatically paired parameters and has better joint TOA and DOA estimation performance than conventional PM algorithm, estimation of signal parameters via rotational invariance techniques algorithm and matrix pencil algorithm. Meanwhile, it has very close parameter estimation to that of 2D-PM algorithm. We have also derived the mean square error of TOA and DOA estimation of the proposed algorithm and the Cramer-Rao bound of TOA and DOA estimation in this paper. The simulation results verify the usefulness of the proposed algorithm.     

基于延迟锁相环的到达时间估计算法

超宽带脉冲信号具有高时间分辨能力,能达到厘米级的定位精度。目前,脉冲超宽带测距定位系统中普遍采用基于能量检测的非相关到达时间(TOA)估计算法的性能通常受限于阈值门限和估计偏差。该文在原先锁相环方案基础之上引入延时迟支路和衰减因子,提出了一种易于实现的基于延迟锁相环的TOA估计算法。通过在迟支路中设置不同的衰减因子,仿真结果表明,在IEEE802.15.4a4种信道模型CM1~CM4中,新算法均能有效提升测距定位精度,即缩短了首达路径与锁相环稳态锁定点之间的时差,其估计偏差最低可降至原有方案的1/10。     

基于四阶累积量的最小范数方向估计算法

本文分析了在高阶统计应用阵来波方向估计问题中二阶子空间与四阶子空间的概念及形式关系。提出了基于四阶累积量的最小范数方法。提出了四阶累积量方法对于均匀直线阵的零谱求很方法。最后给出了模拟实验举例。     

基于韦伯分布函数的低复杂度变步长符号算法

针对OFDM系统中传统信道估计算法在冲击噪声环境中性能急剧下降的问题,提出了一种基于韦伯分布函数的顽健型变步长符号算法进行信道估计。在深入研究冲击噪声特性及韦伯分布函数性质的基础上,提出了采用估计误差绝对值的韦伯分布函数控制步长的低复杂度变步长符号算法。该算法在利用传统符号算法顽健性的基础上,采用估计误差的韦伯分布函数动态地改变迭代符号算法的步长,从而能够以较低的复杂度提高变步长符号算法在冲击噪声环境中的收敛速度。算法复杂度分析及仿真结果表明,在冲击噪声环境下所提算法相较于传统自适应滤波信道估计算法能够以更低的复杂度、更快的收敛速度达到相同的信道估计均方误差。     

基于小波变换与压缩感知的脉冲星TOA估计

脉冲星导航是一种新型的自主式导航。为提高其精度与实时性,提出一种小波变换与压缩感知结合的脉冲星到达时间(Time of Arrival,TOA)估计的方法。该方法对标准脉冲轮廓使用小波变换构造多级冗余字典,通过信号恢复算法估计出实际脉冲星的TOA。该方法的算法复杂度低于传统的TOA估计方法,并且随着脉冲星信号周期内bin数量的增加,算法的实时性越好。该方法改变了传统的先去噪再估计TOA的思路,其可以嵌入到信号去噪的过程中,还可以和小波去噪的阈值处理并行计算。仿真结果显示文中方法耗时分别为两种传统TOA估计方法的0.87%和21.35%,并且随着数据时长的缩短,文中方法的TOA估计精度的相对优势越发明显。该方法不但可以提高TOA估计精度,而且降低了对数据时长的依赖。