基于空频域稀疏表示的宽频段DOA估计

该文提出一种基于空频域稀疏表示的宽频段波达方向(DOA)估计方法,解决稀疏表示方法在宽带接收机对窄带信号的频率和角度估计中的难题。用空间频率代替频率和方位角的 2 维组合构建过完备字典,字典的长度仅相当于窄带信号DOA估计的字典长度,却能覆盖整个无模糊频段,大大降低了稀疏分解的计算量。该方法首先在频域估计信号的准确频率,根据频域峰值的位置构建频域峰值协方差矩阵。对频域峰值协方差矩阵进行特征分解,利用主特征向量建立稀疏模型估计信号的DOA。算法在低信噪比下具有较高的估计精度,仿真实验和分析验证了该文方法的正确性和有效性。     

基于协方差矩阵重构的离网格DOA估计方法

针对稀疏表示模型中网格失配导致波达方向角(DOA)估计存在较大估计误差的问题,该文提出一种基于协方差矩阵重构的离网格(Off-Grid)DOA估计方法(OGCMR).首先,将DOA与网格点之间偏移量包含进所构建接收数据空域离散稀疏表示模型;而后基于重构信号协方差矩阵建立关于DOA估计的稀疏表示凸优化问题;再构建采样协方差矩阵估计误差凸模型,并将此凸集显式包含进稀疏表示模型以改善稀疏信号重构性能;最后采用交替迭代方法求解所得联合优化问题以获得网格偏移参数及离网格DOA估计.数值仿真表明,与传统多重信号分类(MUSIC)、L1-SVD及基于稀疏和低秩恢复的稳健MVDR(SLRD-RMVDR)等估计算法相比,所提算法具有较好的角度分辨力以及较高的DOA估计精度.     

基于协方差矩阵重构的离网格DOA估计方法

针对稀疏表示模型中网格失配导致波达方向角(DOA)估计存在较大估计误差的问题,该文提出一种基于协方差矩阵重构的离网格(Off-Grid)DOA估计方法(OGCMR)。首先,将DOA与网格点之间偏移量包含进所构建接收数据空域离散稀疏表示模型;而后基于重构信号协方差矩阵建立关于DOA估计的稀疏表示凸优化问题;再构建采样协方差矩阵估计误差凸模型,并将此凸集显式包含进稀疏表示模型以改善稀疏信号重构性能;最后采用交替迭代方法求解所得联合优化问题以获得网格偏移参数及离网格DOA估计。数值仿真表明,与传统多重信号分类(MUSIC)、L1-SVD及基于稀疏和低秩恢复的稳健MVDR (SLRD-RMVDR)等估计算法相比,所提算法具有较好的角度分辨力以及较高的DOA估计精度。     

高斯色噪声下的相干信号 DOA 高分辨率估计*

针对高斯有色噪声下的DOA估计问题,提出一种基于高阶累积量稀疏表示的DOA估计方法。该方法利用四阶累积量矩阵中的第一列生成最小冗余向量,利用扩展阵列的最小冗余导向矢量构造过完备字典。然后利用L1范数作为稀疏约束条件,建立最小冗余向量的稀疏模型进行DOA估计。该方法将求解四阶累积量的次数从M4次降为M2-M+1次。同时又能充分利用四阶累积量的优点,对高斯有色噪声具有良好的抑制能力,并使阵列孔径得到了扩展,估计信号个数能大于阵元数目。仿真实验和理论分析验证了该方法比MUSIC-like和MUSIC算法具有更好的性能,不需要任何处理可以直接应用到相干信号。     

基于空间角稀疏表示的二维DOA估计

论文提出一种基于空间角稀疏表示的维DOA估计方法,解决了维DOA估计中冗余字典构造的难题。构建的空间角包含了方位角和俯仰角的信息,利用其构造冗余字典可以将方位角和俯仰角的组合从维空间映射到1 维空间,极大地降低了字典的长度和求解的复杂度;同时将算法推广到频域,扩展了其应用范围。与传统的高分辨算法相比,该方法对信噪比和快拍数要求不高、无需特征值分解和多维搜索过程。理论分析和仿真实验,验证了该方法对维相干信号和非相干信号都具有较高的估计精度和较好的分辨力,在不同信噪比下性能优于MUSIC算法。     

基于稀疏贝叶斯学习的高效DOA估计方法

针对采用l1范数优化的稀疏表示DOA估计算法正则化参数选取困难、计算复杂度高的问题,该文提出一种基于稀疏贝叶斯学习的高效算法。该算法首先利用均匀线阵的结构特性,将DOA估计联合稀疏模型的构建与求解转换到实数域进行。其次,通过优化稀疏贝叶斯学习的基消除机制,使该算法具有更快的收敛速度。仿真结果表明,与l1范数优化类算法相比,该文方法具有更高的空间分辨率和估计精度且计算复杂度低。     

未知信源数量DOA估计方法

针对传统阵列天线来波方向（Direction of Arrival,DOA）估计算法需要准确获取信源数量的问题,提出了一种未知信源数量类多重信号分类（Multiple Signal Classification,MUSIC）DOA估计方法。首先根据阵列天线的多个快拍数据估计输入信号自相关矩阵;其次对信号自相关矩阵进行特征值分解,并使用重构相关矩阵的方式实现信号分量的抑制;最后结合传统MUSIC谱估计算法实现未知信源数量条件下的DOA估计。仿真实验表明,所提算法的复杂度较低,且DOA估计误差性能接近传统MUSIC算法。     

未知信源数目的MUSIC算法研究

针对MUSIC算法需要预先确定信号源数目的应用前提，分析了信源数目过估计与欠估计情况下的MUSIC算法性能，提出一种改进算法，仿真结果证明在信源数目有误差的情况下该算法的性能良好。     

一种未知信源数的高分辨DOA估计算法

众多性能优良的超分辨波达方向(DOA)估计算法通常需要预先判定信源数目,然而,现有的信源数估计算法在有限采样快拍条件下,估计性能随着信噪比的降低而下降,错误概率也相应增加,最终导致DOA估计失败。该文提出一种超分辨的DOA估计算法,此算法不需要预判信源个数和进行特征值分解,同时在时变环境中,针对快拍数较少的情况下,依然保持较高的角度分辨能力,可以被认为是综合了Capon法和MUSIC法的优点。通过对实验数据和实测数据的计算机仿真及性能分析可得,与传统算法相比较,该算法有很好的鲁棒性和可行性。     

估计相干与非相干信源的ESPRIT新方法

在目前信号波达方向（DOA,Direction-of-Arrival）估计中,ESPRIT算法是一种速度快、精度高的常用算法,但对于低信噪比下混合信号（同时含有相干与非相干信号）,ESPRIT算法难以估计出它们的DOA。提出了一种新的同时估计相干与非相干信源的ESPRIT方法,新方法充分利用数据协方差矩阵的自相关信息和互相关信息来重构含有信号方位信息的矩阵,再从它的特征值中解得信号的到达角。新方法解决了常规ESPRIT算法不能解相干,对信噪比要求高等问题,且与同类算法相比较,分辨能力和估计精度明显提高。仿真实验证明了该方法在混合信号估计中的优越性和可靠性。     

基于稀疏贝叶斯学习的多跳频信号DOA估计方法

针对多跳频信号空域参数估计问题,该文在稀疏贝叶斯学习(SBL)的基础上,利用跳频信号的空域稀疏性实现了波达方向(DOA)的估计。首先构造空域离散网格,将实际DOA与网格点之间的偏移量建模进离散网格中,建立多跳频信号均匀线阵接收数据模型;然后通过SBL理论得到行稀疏信号矩阵的后验概率分布,用超参数控制偏移量和信号矩阵的行稀疏程度;最后利用期望最大化(EM)算法对超参数进行迭代,得到信号矩阵的最大后验估计以完成DOA的估计。理论分析与仿真实验表明该方法具有良好的估计性能并能适应较少快拍数的情况。

     

多跳频信号波达方向与极化状态联合估计算法

为了有效辅助跳频(FH)网台分选和信号识别、跟踪,该文用正交偶极子对构造极化敏感阵列,基于空间极化时频分析,在欠定条件下实现了多跳频信号波达方向(Direction Of Arrival, DOA)与极化状态的高效联合估计。首先建立跳频信号的极化敏感阵列观察模型,然后根据参考阵元时频分析结果建立各跳信号的空间极化时频分布矩阵,再利用该矩阵中蕴含的信号极化-空域特征信息分别运用线性、二次型空间极化时频以及多项式求根共3种方法实现DOA与极化参数联合估计,最后蒙特卡罗仿真结果验证了该算法的有效性。     

非均匀噪声条件下的互质阵列欠定DOA估计方法

针对基于互质阵列的欠定DOA估计方法在非均匀噪声条件下性能下降的问题,该文提出一种基于协方差矩阵重构和矩阵填充的鲁棒DOA估计方法。首先,将接收数据协方差矩阵分解,得到包含非均匀噪声项的对角阵;然后,选取对角线元素中的最小值,替换其余对角线元素,进而得到重构后的数据协方差矩阵;最后,对重构后的协方差矩阵进行扩展和矩阵填充,结合子空间方法进行DOA估计。理论分析和仿真结果表明,相对于现有方法,该文方法有效地抑制了非均匀噪声的影响,有更好的DOA估计性能。     

基于互相关协方差矩阵的改进多重信号分类高分辨波达方位估计方法

针对经典高分辨波达方位(DOA)估计方法在低信噪比下分辨性能较差的问题,该文提出一种适用于主动探测系统的基于互相关矩阵的改进多重信号分类(MUSIC)高分辨方位估计方法(I-MUSIC)。该方法首先利用主动声呐发射信号已知的特性,将发射信号与阵元接收信号进行互相关,利用互相关序列形成新的空域协方差矩阵,再进行特征分解。理论分析表明,互相关处理在抑制噪声的同时保留了阵元之间的相位信息,可以得到比MUSIC方法更准确的子空间划分,进而提高低信噪比方位估计性能。在此基础上,提出一种基于相关时间门限的改进MUSIC高分辨方位估计(T-MUSIC)方法,通过对互相关序列设置时间门限进一步提高方位估计信噪比。仿真结果表明,与MUSIC方法相比,I-MUSIC与T-MUSIC可以分别使低信噪比时的估计性能提高3 dB和6 dB,相应平均估计误差分别为原方法的77%和53%。在阵元间接收噪声存在相关性时,T-MUSIC与I-MUSIC方法相比可获得8 dB的估计增益,估计性能更优。I-MUSIC与T-MUSIC应用于多目标主动探测,可大幅提高探测系统在低信噪比下的方位估计性能。     

一种阵列互耦矩阵与波达方向的级联估计方法

当阵列天线存在互耦效应时,传统多重信号分类(MUltiple SIgnal Classification, MUSIC)算法的测向性能急剧下降。为了有效估计阵列互耦矩阵(MCM)与入射信号的波达方向(Direction Of Arrival, DOA),该文提出一种阵列互耦矩阵与波达方向的级联估计方法。利用互耦矩阵的结构特点,变换阵列流形,实现对互耦矩阵与DOA的解耦合。求解线性约束下的二次优化问题,利用谱峰搜索,得到阵列互耦矩阵和入射信号DOA,完成互耦误差自校正。通过计算机仿真验证了该文方法估计性能的有效性和优越性。     

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。     

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。