针对传统波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计方法在低信噪比、少快拍数条件下表现性能差甚至失效的问题,提出了一种基于重构频域协方差矩阵的波达方位估计方法。该方法根据转化的频域信号进行共轭反向修正实现对噪声的抑制,构造出...针对传统波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计方法在低信噪比、少快拍数条件下表现性能差甚至失效的问题,提出了一种基于重构频域协方差矩阵的波达方位估计方法。该方法根据转化的频域信号进行共轭反向修正实现对噪声的抑制,构造出了新的频域协方差矩阵,利用平均噪声子空间建立空间谱估计函数,通过谱峰搜索估计出信源的方位角。经仿真对比分析,所提改进方法可以识别多个相干信号,并且在低信噪比、少快拍数条件下仍然获得较好的方位估计性能,估计误差较传统算法降低2%~25%。展开更多
L波段数字航空通信系统(L band digital aeronautical communication system,LDACS)是未来航空宽带通信重要的基础设施之一,针对LDACS信号容易受到相邻波道大功率测距仪(distance measuring equipment,DME)信号干扰的问题,提出了联合正...L波段数字航空通信系统(L band digital aeronautical communication system,LDACS)是未来航空宽带通信重要的基础设施之一,针对LDACS信号容易受到相邻波道大功率测距仪(distance measuring equipment,DME)信号干扰的问题,提出了联合正交投影干扰抑制与单快拍稀疏分解的波达方向(direction of arrival,DOA)估计方法。通过子空间投影抑制DME干扰,然后使用单快拍数据构建伪协方差矩阵,对伪协方差矩阵求高阶幂,之后进行奇异值分解,并利用约束条件求解稀疏解得到期望信号来向的估计值。所提方法使用高阶伪协方差矩阵降低了噪声影响,仅用单快拍就可以准确估计LDACS信号的入射方向。仿真结果表明,改进单快拍高级幂(improved single snapshot high order power,ISS-HOP)L1-SVD算法的估计精度优于ISS-HOP-MUSIC算法。该方法可以有效抑制DME干扰,提高OFDM接收机性能。展开更多
针对互耦效应和脉冲噪声并存环境下的波达方向(direction of arrival,DOA)估计问题,提出一种结合M估计与稀疏重构的算法。首先,为了消除互耦效应的影响,依据互耦矩阵的托普利兹结构进行恒等变形,得到了不含未知互耦系数的字典。随后,为...针对互耦效应和脉冲噪声并存环境下的波达方向(direction of arrival,DOA)估计问题,提出一种结合M估计与稀疏重构的算法。首先,为了消除互耦效应的影响,依据互耦矩阵的托普利兹结构进行恒等变形,得到了不含未知互耦系数的字典。随后,为了使算法能适应高斯噪声和不同强度的脉冲噪声,将位置得分函数表示为高斯位置得分函数和一系列非线性函数的线性组合,利用噪声样本估计线性组合系数从而建立损失函数。最后,采用迭代硬阈值算法进行稀疏重构,并通过改进信号更新策略提高正确收敛的概率。仿真结果表明,所提算法能有效抑制互耦效应和脉冲(高斯)噪声的干扰,同时相较已有算法在低信噪比、强脉冲特性下的性能有显著提升。展开更多
针对现有的波达方向(direction of arrival,DOA)估计方法在低信噪比、小快拍、多信源条件下估计精度较低的问题,提出一种基于并行坐标下降算法的DOA估计方法.首先,对空域等角度均匀划分,构造超完备冗余字典;其次,采用并行坐标下降算法...针对现有的波达方向(direction of arrival,DOA)估计方法在低信噪比、小快拍、多信源条件下估计精度较低的问题,提出一种基于并行坐标下降算法的DOA估计方法.首先,对空域等角度均匀划分,构造超完备冗余字典;其次,采用并行坐标下降算法的思想对稀疏信号进行重构,得到信号在空域的稀疏系数矩阵;最后,将稀疏矩阵行向量的l2-范数映射到空域网格上,得到准确的DOA估计值.仿真实验结果表明:在低信噪比、小快拍、多信源条件下,该方法优于子空间类算法、贪婪类算法以及凸优化类算法,具有更低的均方根误差(RMSE)、更高的DOA估计精度和运行效率.展开更多
针对稀疏线阵波达方向估计精度较低问题,提出一种稀疏线阵双迭代傅里叶优化方法。基于阵列孔径原理,利用阵列因子与阵元激励间的傅里叶变换关系,构建稀疏线阵构型优化目标函数;提出双迭代傅里叶变换算法,制定合理的旁瓣阈值和旁瓣约束条...针对稀疏线阵波达方向估计精度较低问题,提出一种稀疏线阵双迭代傅里叶优化方法。基于阵列孔径原理,利用阵列因子与阵元激励间的傅里叶变换关系,构建稀疏线阵构型优化目标函数;提出双迭代傅里叶变换算法,制定合理的旁瓣阈值和旁瓣约束条件,依据稀疏率和阵元数将孔径自适应分区,以阵列峰值旁瓣和孔径为约束,由双层嵌套循环迭代优化阵列麦克风数量和位置,获得更低的阵列峰值旁瓣电平。数值仿真和实验结果表明,根据该方法获得的49.5λ孔径、23%稀疏率的稀疏阵列峰值旁瓣电平为-21.59 dB,主瓣宽度为1.03°,角度分辨率为1°,估计误差小于0.01。与其他方法对比,峰值旁瓣低1 d B,优化效率提升50%,由此可证明该方法的有效性和快速性。展开更多
近年来,利用稀疏阵列估计信源的波达方向(Direction of Arrival,DOA)已成为阵列信号处理领域的研究热点问题之一。相较于传统的均匀线阵,稀疏阵列凭借其大孔径、高自由度、低互耦率、低冗余度、低开销和布阵灵活等优良特性,吸引了学术...近年来,利用稀疏阵列估计信源的波达方向(Direction of Arrival,DOA)已成为阵列信号处理领域的研究热点问题之一。相较于传统的均匀线阵,稀疏阵列凭借其大孔径、高自由度、低互耦率、低冗余度、低开销和布阵灵活等优良特性,吸引了学术界广泛关注和系统性研究。同时,为充分发挥稀疏阵列的巨大优势,学者们已经从不同角度开发了一系列与之相适应的DOA估计算法,以进一步提高可分辨信源的数量和角度估计精度。本文在构建稀疏阵列信号模型和整理稀疏阵列相关术语的基础上,详细介绍了稀疏阵列结构设计及DOA估计算法的发展历程和代表性研究成果。在稀疏阵列结构设计方面,围绕自由度、互耦率和冗余度等核心指标,深入剖析了各类稀疏阵列结构的设计思想,并着重描述了嵌套和互质两类结构性稀疏阵列的连续自由度和自由度特征;在稀疏阵列DOA估计方面,根据信号参量构造原理的不同,阐述了基于物理阵列处理和虚拟阵列处理的两种测向理论,并分析了各自方法的适用条件和性能优势。此外,本文还回顾了稀疏阵列DOA估计的克拉美罗界(Cramér-Rao bound,CRB),为评估不同阵列和算法的优劣提供了重要依据。最后,通过梳理现有研究成果中存在的不足,对未来研究方向进行了展望,力图为稀疏阵列DOA估计的工程应用提供理论依据和技术支撑。展开更多
针对现有二维波达方向(direction of arrival,DOA)估计方法对阵列接收信息利用不充分导致估计性能下降的问题,提出了一种平行互质阵列下对虚拟阵列插值的二维DOA估计方法。该方法通过对平行互质阵列扩展后的虚拟阵列进行插值,利用内插...针对现有二维波达方向(direction of arrival,DOA)估计方法对阵列接收信息利用不充分导致估计性能下降的问题,提出了一种平行互质阵列下对虚拟阵列插值的二维DOA估计方法。该方法通过对平行互质阵列扩展后的虚拟阵列进行插值,利用内插虚拟阵列的协方差矩阵与虚拟测量值之间的关系,提出一个关于等效虚拟测量向量的最小化问题,通过凸优化工具箱重构插值后的虚拟阵列协方差矩阵,结合酉变换和总体最小二乘方法进行DOA估计。仿真结果和湖上试验表明,该方法充分利用了非匀虚拟阵列中的所有虚拟阵元,提高了自由度和估计精度,具有有效性。展开更多
文摘针对传统波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计方法在低信噪比、少快拍数条件下表现性能差甚至失效的问题,提出了一种基于重构频域协方差矩阵的波达方位估计方法。该方法根据转化的频域信号进行共轭反向修正实现对噪声的抑制,构造出了新的频域协方差矩阵,利用平均噪声子空间建立空间谱估计函数,通过谱峰搜索估计出信源的方位角。经仿真对比分析,所提改进方法可以识别多个相干信号,并且在低信噪比、少快拍数条件下仍然获得较好的方位估计性能,估计误差较传统算法降低2%~25%。
文摘L波段数字航空通信系统(L band digital aeronautical communication system,LDACS)是未来航空宽带通信重要的基础设施之一,针对LDACS信号容易受到相邻波道大功率测距仪(distance measuring equipment,DME)信号干扰的问题,提出了联合正交投影干扰抑制与单快拍稀疏分解的波达方向(direction of arrival,DOA)估计方法。通过子空间投影抑制DME干扰,然后使用单快拍数据构建伪协方差矩阵,对伪协方差矩阵求高阶幂,之后进行奇异值分解,并利用约束条件求解稀疏解得到期望信号来向的估计值。所提方法使用高阶伪协方差矩阵降低了噪声影响,仅用单快拍就可以准确估计LDACS信号的入射方向。仿真结果表明,改进单快拍高级幂(improved single snapshot high order power,ISS-HOP)L1-SVD算法的估计精度优于ISS-HOP-MUSIC算法。该方法可以有效抑制DME干扰,提高OFDM接收机性能。
文摘针对互耦效应和脉冲噪声并存环境下的波达方向(direction of arrival,DOA)估计问题,提出一种结合M估计与稀疏重构的算法。首先,为了消除互耦效应的影响,依据互耦矩阵的托普利兹结构进行恒等变形,得到了不含未知互耦系数的字典。随后,为了使算法能适应高斯噪声和不同强度的脉冲噪声,将位置得分函数表示为高斯位置得分函数和一系列非线性函数的线性组合,利用噪声样本估计线性组合系数从而建立损失函数。最后,采用迭代硬阈值算法进行稀疏重构,并通过改进信号更新策略提高正确收敛的概率。仿真结果表明,所提算法能有效抑制互耦效应和脉冲(高斯)噪声的干扰,同时相较已有算法在低信噪比、强脉冲特性下的性能有显著提升。
文摘针对现有的波达方向(direction of arrival,DOA)估计方法在低信噪比、小快拍、多信源条件下估计精度较低的问题,提出一种基于并行坐标下降算法的DOA估计方法.首先,对空域等角度均匀划分,构造超完备冗余字典;其次,采用并行坐标下降算法的思想对稀疏信号进行重构,得到信号在空域的稀疏系数矩阵;最后,将稀疏矩阵行向量的l2-范数映射到空域网格上,得到准确的DOA估计值.仿真实验结果表明:在低信噪比、小快拍、多信源条件下,该方法优于子空间类算法、贪婪类算法以及凸优化类算法,具有更低的均方根误差(RMSE)、更高的DOA估计精度和运行效率.
文摘针对稀疏线阵波达方向估计精度较低问题,提出一种稀疏线阵双迭代傅里叶优化方法。基于阵列孔径原理,利用阵列因子与阵元激励间的傅里叶变换关系,构建稀疏线阵构型优化目标函数;提出双迭代傅里叶变换算法,制定合理的旁瓣阈值和旁瓣约束条件,依据稀疏率和阵元数将孔径自适应分区,以阵列峰值旁瓣和孔径为约束,由双层嵌套循环迭代优化阵列麦克风数量和位置,获得更低的阵列峰值旁瓣电平。数值仿真和实验结果表明,根据该方法获得的49.5λ孔径、23%稀疏率的稀疏阵列峰值旁瓣电平为-21.59 dB,主瓣宽度为1.03°,角度分辨率为1°,估计误差小于0.01。与其他方法对比,峰值旁瓣低1 d B,优化效率提升50%,由此可证明该方法的有效性和快速性。
文摘近年来,利用稀疏阵列估计信源的波达方向(Direction of Arrival,DOA)已成为阵列信号处理领域的研究热点问题之一。相较于传统的均匀线阵,稀疏阵列凭借其大孔径、高自由度、低互耦率、低冗余度、低开销和布阵灵活等优良特性,吸引了学术界广泛关注和系统性研究。同时,为充分发挥稀疏阵列的巨大优势,学者们已经从不同角度开发了一系列与之相适应的DOA估计算法,以进一步提高可分辨信源的数量和角度估计精度。本文在构建稀疏阵列信号模型和整理稀疏阵列相关术语的基础上,详细介绍了稀疏阵列结构设计及DOA估计算法的发展历程和代表性研究成果。在稀疏阵列结构设计方面,围绕自由度、互耦率和冗余度等核心指标,深入剖析了各类稀疏阵列结构的设计思想,并着重描述了嵌套和互质两类结构性稀疏阵列的连续自由度和自由度特征;在稀疏阵列DOA估计方面,根据信号参量构造原理的不同,阐述了基于物理阵列处理和虚拟阵列处理的两种测向理论,并分析了各自方法的适用条件和性能优势。此外,本文还回顾了稀疏阵列DOA估计的克拉美罗界(Cramér-Rao bound,CRB),为评估不同阵列和算法的优劣提供了重要依据。最后,通过梳理现有研究成果中存在的不足,对未来研究方向进行了展望,力图为稀疏阵列DOA估计的工程应用提供理论依据和技术支撑。
文摘针对现有二维波达方向(direction of arrival,DOA)估计方法对阵列接收信息利用不充分导致估计性能下降的问题,提出了一种平行互质阵列下对虚拟阵列插值的二维DOA估计方法。该方法通过对平行互质阵列扩展后的虚拟阵列进行插值,利用内插虚拟阵列的协方差矩阵与虚拟测量值之间的关系,提出一个关于等效虚拟测量向量的最小化问题,通过凸优化工具箱重构插值后的虚拟阵列协方差矩阵,结合酉变换和总体最小二乘方法进行DOA估计。仿真结果和湖上试验表明,该方法充分利用了非匀虚拟阵列中的所有虚拟阵元,提高了自由度和估计精度,具有有效性。
