适用于WCDMA通信系统的DOA估计方法

针对WCDMA通信系统的多用户多径传播环境，丈中提出了一种高精度的DOA估计方法。该算法通过计算已知的参考序列与其发生相位偏移后的序列．之间的相位偏移进行DOA估计。该方法在估计之前进行了干扰抑制，因此能够有效地减少同信道干扰。此外，与传统的基于特征值分解的估计方法相比，文中方法不受信源数小于阵元数的影响，因此具有计算复杂度低，精度高的特点。仿真结果证明了这一点。     

基于投影对消处理技术的稳健自适应波束形成

针对传统自适应波束形成算法中目标波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计不准确引起的波束形成性能下降问题,提出了一种采用投影对消矩阵的稳健自适应波束形成算法.首先,寻找与估计波达方向有最大相关性的特征矢量作为目标信号特征矢量,然后构建对消矩阵消除协方差矩阵中的信号分量,最后通过增加零点约束实现干扰抑制.与传统对角加载类稳健波束形成算法相比,所提算法不受对角加载因子的影响,且在信干噪比较大时仍然具有良好的抗干扰性能.仿真对比实验验证了所提算法的有效性.     

基于多级阻塞的稳健相干自适应波束形成

针对期望信号波达角(DOA)估计误差较大时相干波束形成性能下降的问题,该文提出一种基于多级阻塞的稳健相干自适应波束形成算法。该算法首先定义阻塞矩阵,推导多级阻塞原理,并利用其滤除阵列接收信号中的期望信号;然后给出空间中只存在期望信号时,子阵与全阵间阵列流型的映射关系,据此推导全阵扩展变换,并证明其在干扰信号存在条件下的有效性;最终利用扩展变换获取全阵最优权矢量,实现相干波束形成。该算法对期望信号波达角估计误差稳健,且无需干扰信号来向的先验信息,同时可以有效避免阵列孔径的损失。仿真分析验证了算法的优越性和理论分析的有效性。     

Efficient wideband source localization using beamforming invariancetechnique

A novel scheme for wideband direction-of-arrival (DOA) estimation is proposed. The technique performs coherent signal subspace transformation by a set of judiciously constructed beamforming matrices. The beamformers are chosen to transform each of the narrowband array manifold vectors into the one corresponding to the reference frequency, regardless of the actual spatial distribution of the sources. The focused data correlation matrix can thus be obtained without any preliminary DOA estimation or iteration. A simplified version of the beamspace Root-MUSIC algorithm is developed and used in conjunction with the proposed method to efficiently localize multiple wideband sources with a linear, equally spaced array. Numerical simulations are conducted to demonstrate the efficacy of the new scheme     

互质阵列信号处理研究进展:波达方向估计与自适应波束成形

阵列信号处理是雷达领域各类应用的核心技术之一。近年来,互质阵列的提出打破了传统方法受限于奈奎斯特采样速率这一瓶颈,其稀疏布设的阵列结构和互质欠采样的信号处理方式大幅降低了系统所需的软硬件开销,为当前不断提升的实际应用需求提供了理论基础和技术前提。鉴于其在自由度、分辨率及计算复杂度等方面的性能优势,互质阵列信号处理的理论和技术研究受到了国内外学者的广泛关注。该文分别从波达方向估计和自适应波束成形这两个阵列信号处理领域的基本问题出发,介绍了互质阵列信号处理方向的研究进展。在互质阵列波达方向估计方面,该文总结了互质子阵分解方法和虚拟阵列信号处理方法等两类典型技术路线,并以此为基础介绍了压缩感知和无网格化技术在低复杂度和超分辨估计等方面的最新研究工作。在互质阵列波束成形方面,该文剖析了其与互质阵列波达方向估计问题的区别与联系,并介绍了面向互质阵列的高效鲁棒自适应波束成形设计方法。该文旨在通过对互质阵列信号处理研究前沿的分类归纳和总结,探讨各类方法的优势和未来的研究方向,为其在雷达等领域的产业需求和实际应用提供理论和技术参考。      

有效的宽带宽角发射干扰置零新方法

相控阵雷达采用宽带技术是雷达发展的必然趋势。而抗宽带干扰技术是宽带相控阵雷达必须解决的问题,该文针对发射信号为线性调频信号,提出了一种宽带宽角发射波束形成新方法。该算法在已精确估计出信号和干扰方向的前提下,把窄带权和宽带权相结合形成最优权。该方法能在保证距离高分辨特性的前提下,在干扰方向形成较宽凹口,文中给出了实现框图并仿真证实了该方法的有效性。     

基于转换矩阵的GPS相干干扰抑制技术

本文首先采用空间平滑技术消除有用的GPS信号与相干干扰信号之间的相关性,然后构造干扰转换矩阵,从而抑制干扰信号,保留有用信号和噪声。最后根据最大输出信噪比原则,获得最佳波束形成器。仿真分析表明该方法可以有效提高输出信号的信号干扰加噪声比,且对信号的DOA估计不敏感。     

几种自适应波束形成方法的对比

波束形成在无线通信、雷达、声呐等阵列系统中具有广泛应用。数字波束形成通常是基于接收信号的阵列响应和协方差矩阵的估计设计。由于天线增益、相位、波达方向(Direction-of-Arrival,DOA)和协方差矩阵估计的误差会导致导向矢量(Steering Vector,SV)产生模型失配,而这种模型失配会导致波束形成性能的下降。针对以上问题,给出了基于精度矩阵收缩估计的方法,采用了线性脊估计结构且用数据驱动和留一交叉验证来选择参数。通过Matlab仿真,研究了当存在模型不确定性时,基于精度矩阵收缩估计的方法以及基于协方差矩阵收缩估计和干扰加噪声协方差矩阵重构等方法的鲁棒性。结果显示,当存在模型失配时,基于精度矩阵收缩的波束形成方法在低信噪比时具有更优的鲁棒性。     

基于改进互耦系数估计算法的自适应波束形成

阵列信号在实际应用中,常常会面临噪声的干扰,低信噪比(signal noise ratio, SNR)时波束形成器性能会急剧下降. 针对该问题,提出一种基于改进互耦系数估计的抗互耦算法的自适应波束形成,即研究信号在不同输入SNR以及不同干扰波达方向(direction of arrival,DOA)估计误差下的互耦系数估计误差;并通过误差分析修正原算法不同SNR下参与估计信号的数目. 改进算法改进了导向矢量和期望信号,提高了低SNR下互耦系数估计的准确度,对比分析验证了其在低SNR情况下有更强的抗干扰能力,对互耦现象有着更好的稳健性.     

稳健的宽带恒定束宽波束形成算法

针对运动目标入射及存在信号波达方向(DOA)估计误差时传统波束形成器性能下降的问题,提出一种稳健的宽带恒定束宽波束形成算法。该算法首先在目标入射角可能存在的范围内选取离散点,设定相应的期望及零陷响应,再结合空间响应变化(SRV)约束,将算法在信号带宽内不同频点的阵列响应约束简化为对某一参考频点的约束,并约束权矢量模值以抑制随机噪声,最后分别利用内点法和拉格朗日乘子法求解最优权矢量,实现稳健的宽带恒定束宽波束形成。实验结果表明该算法可以有效实现对运动目标的空域滤波,具有良好的恒定束宽特性及较高的阵列输出性能。      

基于最优子阵划分ESPRIT的任意线阵高精度DOA估计算法

为了提高任意阵列的波达方向（direction of arrival, DOA）估计性能,从对子阵阵元选取进行优化的角度出发,提出了基于最优子阵划分旋转不变信号参数估计技术(estimation of signal parameters via rotational invariance techniques, ESPRIT)的任意线阵高精度DOA估计算法. 该算法首先利用虚拟插值阵列ESPRIT（virtual interpolated array ESPRIT, VIA-ESPRIT）得到精度较低的DOA粗估计. 其次以DOA粗估计为参考对任意阵列进行相位补偿,使其具备旋转不变性. 然后根据ESPRIT算法原理对构建旋转不变方程的子阵划分进行优化,并通过优化后子阵间的旋转不变性得到高精度的DOA估计. 此外,本文还分析了子阵划分对算法估计性能的影响,给出了子阵最优选取的近似计算方法. 计算机仿真结果验证了所提算法的有效性,并表明其性能逼近克拉美·罗界（Cramer-Rao bound, CRB）.     

Adaptive Beamforming and Recursive DOA Estimation Using Frequency-Invariant Uniform Concentric Spherical Arrays

This paper proposes recursive adaptive beamforming and broadband 2-D direction-of-arrival (DOA) estimation algorithms for uniform concentric spherical arrays (UCSAs) having nearly frequency-invariant (FI) characteristics. The basic principle of the FI-UCSA is to transform the received signals to the phase mode and remove the frequency dependency of individual phase modes through a digital beamforming network. Hence, the far-field pattern of the array is determined by a set of weights. Thanks to the FI characteristic, traditional narrowband adaptive beamforming algorithms such as minimum variance beamforming and the generalized sidelobe canceller method can be applied to the FI-UCSA. Simulation results show that the proposed adaptive FI-UCSA beamformer achieves a lower steady-state error and converges faster than the conventional tapped-delay line approach while requiring fewer adaptive coefficients. A new broadband 2-D DOA estimation algorithm using ESPRIT techniques for FI-UCSA is proposed to recursively estimate the DOAs of the moving targets. Simulation results show that the proposed DOA estimation algorithm achieves a satisfactory performance for slowly varying sources at low arithmetic complexity.      

基于斜投影的DOA估计和盲信号识别协同算法

阵列信号处理领域中,经常需要分析阵列接收信号的波达方向(DOA)和波形信息。在缺乏信号先验DOA和波形信息的情况下,提出了一种新的斜投影DOA估计和盲信号识别协同算法,实现对未知阵列接收信号的自适应分析。该算法交替地采用斜投影空域滤波技术将阵列接收信号拆分为单信号群组,在每个单信号群组内进行DOA和波形联合估计。算法适用于主瓣干扰存在的情况,并且在中小快拍数下有较好的估计性能。理论分析和仿真实验证实了文中算法的有效性。     

STC-OFDM系统中基于扩展贝叶斯滤波的鲁棒共信道干扰抑制算法研究

空时编码正交频分复用(STC-OFDM)系统易受共信道干扰(CCI)影响,利用波束成形可以抑制共信道干扰的影响。然而,目前存在的一些方法都是基于期望信号波达方向(DOA)的精确估计的。实际上,当期望信号的波达方向存在误差时,这些波束成形器的性能将明显下降。为此,该文提出了基于扩展贝叶斯滤波的鲁棒波束成形算法来提高当期望信号的波达方向存在误差时的系统性能。在这一算法中,每一个期望信号的波达方向被看成一个由若干离散样点组成的随机变量。利用贝叶斯公式对这些样点的后验概率进行估计,当有样点的后验概率低于一定的门限值时,对这些样点进行重采样,使有效样点的数目保持恒定。最后,波束成形器的最优权值由这些样点的后验概率加权获取。仿真结果表明,该文算法对抑制多径信道中STC-OFDM系统的共信道干扰具有很强的鲁棒性。     

60 GHz毫米波通信中上行链路混合波束赋形技术研究

该文针对60 GHz通信网络上行链路提出一种基于码本的混合波束赋形技术,实现复杂度与接收性能之间的折中。用户设备采用固定码本波束切换发射信号,接收设备首先利用码本执行到达角预估,在此基础上进一步设计最佳接收波束,以抑制上行链路相互干扰;并设计一种改进的最小均方误差(LMS)波束形成算法,通过设置有效初值提升迭代性能。仿真结果表明,混合波束赋形算法可有效提升60 GHz通信系统传输性能,同时验证新算法能显著提高接收信号的信干噪比。     

CDMA系统智能天线盲自适应波束形成

给出了基于最大化信号对干扰和噪声的功率比(MSINR)准则的盲自适应波束形成在线递推算法,旨在提高DS-CDMA系统中智能天线的性能.将MSINR准则转化为一种新的等价的无约束准则函数,通过最大化此准则函数来在线估计最优波束形成向量.算法直接利用了DS-CDMA系统解扩前和解扩后的观测信号,无须训练序列.通过在线迭代估计,降低了计算波束权值的复杂度.不同通信环境中的仿真结果表明,该算法具有较高的估计精度和很好的抗多址干扰能力.     

拥挤干扰环境下的一种多载波扩频信号接收波束成形方法

针对拥挤干扰环境中的多载波扩频通信系统,提出了一种基于期望信号波达方向估计和干扰功率空间谱分析的波束成形方法。该方法首先利用多载波扩频调制信号的频率分集特性估计期望信号的波达方向,然后利用空间谱分析估计干扰信号的空间功率分布,在此基础上完成波束成形。该方法能够在拥挤强干扰环境下精确估计信号的波达方向,从而保证了干扰信号空间谱估计的有效性。仿真结果表明,即使干扰信号的功率显著强于期望信号,本算法仍然能够精确地估计出期望信号的波达方向,从而保证算法的有效性。     

Outage Probabilities of Wireless Systems With Imperfect Beamforming

This paper investigates the outage probability of a wireless system with conventional beamforming using a uniform linear array beamformer. The focus is to examine the impact of beamforming impairments, such as direction-of-arrival (DOA) estimation errors, signal spatial spreads, antenna array perturbation, and mutual coupling. Fading statistics of Rayleigh, Rician, and Nakagami are used to characterize the desired signal, whereas interferers are assumed to be subject to Rayleigh fading. A simplified beamforming model is used in deriving closed-form outage probability expressions. Numerical results illustrate the increase of outage probabilities in the presence of DOA estimation errors, signal spatial spreads, and antenna perturbation. However, negligible outage performance impact is observed due to mutual coupling.     

Blind adaptive beamforming for cyclostationary signals

In order to increase the capacity and to suppress co-channel interference in digital communication systems such as mobile cellular and mobile satellite communication systems, the employment of array beamforming techniques has been proposed. However, conventional beamforming methods are not suitable for such cases since these methods were mainly developed for signal detection and direction-of-arrival (DOA) estimation in radar and sonar. In this paper, utilizing the cyclostationary properties of communication signals, we propose three blind cyclic adaptive beamforming (CAB) algorithms and their fast implementation schemes. Several numerical examples are included. These results demonstrate that the CAB algorithms are good candidates for spatial reuse of frequency spectrum in digital mobile communication systems of the next generation     

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。