非规则几何结构平面阵列的DOA估计性能

由于受实际环境的限制,天线阵的布设受到一定的约束,而实际测向环境限制了天线 阵列的阵列结构,阵列结构是否合理将直接影响测向的精度。针对特定环境对阵列结构的特 殊要求及二维测向的实际问题,建立了非规则几何结构阵列进行二维测向的数学模型,研究 了基于MUSIC算法的非规则几何结构阵列的二维测向问题,对非规则结构阵列的阵列结构对 测向模糊性的影响进行了分析,以矩形平面阵列和任意形平面阵列为例,对两种阵列的测向 性能进行了仿真比较,结果证明,提出的数学模型对非规则结构平面阵列的研究具有有 效性,可广泛应用于任意平面空间的二维测向。     

均匀圆阵的测向模糊研究

在高分辨阵列测向系统中,均匀圆阵(UCA)是一种广泛使用的阵列结构。利用均匀圆阵的阵列流形的微分几何作为分析工具,对实际中常用的几种均匀圆阵的测向模糊进行了大量的计算机仿真试验,定量地给出了这些阵列的测向模糊方向和相应的秩,揭示了均匀圆阵的测向模糊性能与其阵元数和孔径之间的关系,得出了一些有实际意义的结论。这对工程应用时均匀圆阵的选择和构造具有很强的参考价值和指导意义,可以避免系统设计的盲目性和随意性。     

一种简单快捷的完全可扩展线阵设计

本文设计了一种具有准均匀线阵形式的完全可扩展线阵,在实现了可简单快捷设计的同时又获得了较大的阵列孔径,其孔径接近完全可扩展线阵中具有最大孔径的约束最小冗余线阵,但却无需设计约束最小冗余线阵中的繁冗搜索,在阵元数很大时本文的设计显得尤为实用。     

基于两次傅里叶变换的时域MUSIC波达方向估计

针对基于频域多重信号分类（MUSIC）的波达方向（DOA）估计方法在有效快拍数较少情况下的不稳定问题,提出了一种基于两次傅里叶变换的时域MUSIC波达方向估计方法。首先,通过傅里叶变换将各阵元接收数据转换为频域数据,并按扫描角度对各阵元数据进行相位补偿;然后,再通过傅里叶变换将补偿后的频域共轭数据转换为时域复解析数据,在时域构建相移后的协方差矩阵;最后利用特征分解求取具有正交特性的噪声子空间,获得扫描方位空间谱,实现对波达方向估计。数值仿真及实测数据处理结果均表明,相比频域MUSIC方法,在一次有效快拍条件下,所提方法可稳定获得具有正交特性的噪声子空间,实现对波达方向估计;稳定性得到了5 dB的改善,背景噪声级和旁瓣级得到了3 dB以上的改善,因此该方法可明显提高目标检测和方位估计性能。     

阵列误差下的波达方向估计

由于阵列误差的存在会降低波达角的估计精度,重点研究了迭代求解混合范数约束下的稀疏谱以提高估计精度。考虑一维线性阵列,首先建立了统一的优化函数,高精度地估计信号子空间;然后推导了误差矩阵向量化的方法,简化求解耦合误差和幅相误差的过程;最后推导了Khatri-Rao积下的扩展正交导向矢量,根据优化函数迭代求解空间谱估计。对比不同方法估计参数的均方根误差表明,通过设计优化函数迭代求解阵列误差、波达角等参数的精度较之现有方法有一定的提高。     

一种对称α稳定分布噪声环境下DOA估计新算法

脉冲噪声环境下波达方向（DOA）估计是阵列信号处理领域一个新兴研究方向。针对α稳定分布噪声环境下经典MUSIC算法性能退化的问题,提出了一种新的基于非线性压缩核函数（NCCF）的DOA估计算法。该算法利用基于NCCF的有界矩阵代替了MUSIC的协方差矩阵,通过对有界矩阵进行特征分解确定信号子空间和噪声子空间,借用MUSIC谱估计公式进行谱峰搜索,得到DOA的估计值。仿真结果表明,NCCF-MUSIC算法运算复杂度较低,相比于基于分数低阶统计量（FLOS）的MUSIC方法和基于广义类相关熵（GCAS）的MUSIC算法,该方法具有更好的准确度和稳定性。     

分布式嵌套阵列及其DOA估计

提出了一种分布式嵌套阵列天线结构,由两个相互独立的四级嵌套子阵构成。两个子阵间存在一个基线长度,且满足一定条件。对该阵列天线接收到的信号进行高阶累积量和Khatri-Rao积运算可以得到三个完全相同的均匀直线阵列天线结构。针对新得到的阵列天线结构,使用基于空间平滑技术的双尺度酉旋转不变子空间（ESPRIT）波达方向（DOA）估计算法对信号进行DOA估计。该方法可以有效地提高阵列天线的自由度,进而达到提高估计精度的目地。仿真结果证明了基于所提出阵列天线结构的DOA估计方法的有效性。     

基于虚拟阵列的非圆信号DOA估计

针对传统的子空间类波达方向（Direction of Arrival,DOA）估计算法只适用于入射信号个数少于天线数的局限性,利用现代通信系统中常用的非圆信号实值特性,提出了一种虚拟阵列多重信号分类法（Virtual Array Based Multiple Signal Classification,VA-MUSIC）。该方法通过对阵列输出信号进行共轭重构和合并,获得虚拟阵列来增加阵列的有效孔径。更进一步,结合空间平滑技术有效地解决了相干信号的DOA估计问题。与传统的MUSIC算法相比,新算法不仅可以增加最大可估计信源数,而且在DOA估计精度、信号源角分辨能力等方面均有明显的优势。计算机仿真验证了该算法的有效性和优越性。     

基于压缩感知DOA估计的稀疏阵列设计

根据格拉姆(Gram)矩阵优化测量矩阵的方法,给出了一种基于压缩感知波达方向（DOA）估计的均匀线阵的稀疏阵列设计方法。该方法不需要对阵列的输出数据进行压缩采样,直接利用稀疏阵列的输出数据,然后利用稀疏恢复算法求解DOA估计信息。实验仿真证明,相比于原均匀线阵,所提方法在阵元数目较少且信噪比较低的情况下具有更好的DOA估计性能。     

一种利用均匀圆阵对称特性的近场源酉变换估计算法

针对现有均匀圆阵的近场源三维参数估计算法运算量大的缺点,提出了一种基于均匀圆阵对称特性的近场源酉变换估计算法。该算法利用均匀圆阵对称特性将阵列导向矢量进行酉变换和对角化分离处理,消除距离参数,把三维搜索问题化简为二维搜索问题,同时把复值方向矢量转化为实值方向矢量。计算机仿真结果显示,所提算法估计性能优于相关序列降维估计方法,与三维多重信号分类算法性能相当,且通过矩阵分离降维和实值化处理,减少了运算量,有利于工程实时处理。     

一种基于非一致响应圆阵的DOA估计改进算法

由于传统波达方向(DOA)估计算法对接收天线阵列的阵元一致性要求高,即幅度和相 位响应要求一致,在工程应用中受到较大限制。针对该问题,结合均匀圆阵的特点,通 过引入阵元幅度和相位不一致因子对传统MUSIC算法的模型加以改进,提出了一种改进的MUS IC算法。该算法降低了阵元的一致性要求,可通过迭代求解的方法来完成对多个信源来波方 向进行估计。仿真和分析结果表明,提出的算法可有效地进行多个目标的DOA估计。     

一种不考虑信源数目的修正MUSIC算法

分析了信源数目估计误差下的MUSIC算法性能.为了解决信源数目过估计下出现虚假信号和欠估计下谱峰消失的问题,提出了一种改进算法.该算法通过对采样数据的共轭重排再利用,重新构造相关矩阵来改善测向性能.改进的算法不仅能成功运用于非相关信号源和相关信号源,还具有不用考虑信源数目的优点.计算机仿真结果证明了改进算法的正确性和有效性.     

双平行线阵的快速一维DOA估计

针对传统子空间算法需要进行特征值分解或奇异值分解等复杂计算的问题,提出一种双平行线阵（Double Parallel Linear Array,DPLA）的快速一维波达方向（Direction of Arrival,DOA）估计算法。算法通过处理互协方差矩阵的第一列元素构造出等效的噪声子空间,再通过求根MUSIC（Multiple Signal Classification）算法得到DOA估计,有效避开了特征值分解或奇异值分解,降低了计算复杂度,提高了运算速度。仿真结果表明,该算法在提高了估计精度的同时减少了估计时间。     

一种优化非均匀阵列天线测向性能的方法

本论文给出了一种新的优化非均匀天线阵列阵元排布的方法阵元微调法。非均匀阵列天线具有许多均匀阵列天线不具备的优点,可以在节省设备量的同时增加天线孔径,但是利用非均匀阵列天线测向时也容易产生估计模糊。解决非均匀阵列天线估计模糊问题的途径之一就是调整天线阵列的排布。计算机仿真证实,经过微调法优化的非均匀阵列的测向性能有很大改善。     

基于相干对消的噪声子空间自适应估计

MUSIC算法的运算量主要集中在特征值分解和空间谱的搜索两部分,为避免进行特征 值分解,将相干信号自适应对消的思想用于噪声子空间的估计。由于阵元输出信号完全相干 ,视一个阵元输出为参考信号,其它阵元输出能够完全对其进行对消,得到的系数矩阵作为 噪声子空间的估计。基于LMS算法,给出了算法的矩阵形式,得到的噪声子空间估计算法的 运算量大大降低,且以迭代的方式进行,适合应用于运动信号源的跟踪,在阵元数较大时能 很好地逼近MUSIC算法性能。为减少空间谱搜索过程的计算量,对搜索过程先用系数矩阵的 一列进行搜索,然后采用其它列对搜索峰值进行验证。仿真结果显示算法具有很好的空间谱 估计性能和DOA跟踪性能。     

一种最小冗余线阵的目标DOA估计方法

针对目标波达方向(DOA)估计的子空间类算法工程实现上的问题,提出了一种次最小冗余线阵的目标DOA估计方法。该方法应用孔径合成理论和最小冗余线阵理论,在保证阵列孔径等价的前提下,从工程应用的实际问题出发,对次最小冗余线阵的阵元配置进行研究。在分析MUSIC及MMUSIC算法的基础上,对次最小冗余线阵进行仿真。通过与相同孔径的均匀线阵和最小冗余线阵对比表明,次最小冗余线阵与相同孔径的均匀线阵性能相仿,并有更小的计算复杂度,比最小冗余线阵有更大的阵元灵活性,可以解决一般最小冗余线阵不能解决的相干信源的DOA估计问题。     

互耦效应对DOA估计的影响

在均匀线性阵列模型下,结合常规波束形成算法、Capon最小方差无失真响应（MVD R）波束形成算法、MUSIC算法、ESPRIT算法和Root MUSIC算法等几种主要到达角（DOA）估 计算法的原理,分析了互耦效应影响这些算法的作用机理,并利用MATLAB进行了数值仿真。 理论分析和仿真结果表明,互耦效应带来的误差增大了DOA估计算法的估计误差,降低了估 计成功概率,严重影响了算法的性能。