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均匀线阵下基于DFT的多目标DOA估计算法研究

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均匀线阵下基于DFT的多目标DOA估计算法研究

作者：谈雅文东南大学

学位级别：硕士

基于传感器阵列的入射目标信号波达方向(Direction-of-arrival,DOA)估计技术是阵列信号处理中一个热门的研究领域。各种精确估计DOA的算法已被提出,主要包括参数化和非参数化方法。非参数化方法无需信号先验知识,但该方法可能无法提供... 详细信息

基于传感器阵列的入射目标信号波达方向(Direction-of-arrival,DOA)估计技术是阵列信号处理中一个热门的研究领域。各种精确估计DOA的算法已被提出,主要包括参数化和非参数化方法。非参数化方法无需信号先验知识,但该方法可能无法提供最佳估计性能,参数化方法依赖于阵列接收信号的参数模型,需要已知入射目标的个数,因此增加了计算量,但该方法可以以高分辨率估计DOA,提供最佳估计性能,应用较为广泛。基于离散傅里叶变换(DFT)的参数化方法可以通过快速傅里叶变换(FFT)轻松计算,缓解了DOA估计问题的计算复杂性。然而,由于DFT变换存在频谱泄漏和栅栏效应问题,在相邻来波信号入射角接近的情况下,估计误差大。因此,本文针对均匀线阵(Uniform Linear Array,ULA)模型下基于DFT的DOA估计技术进行了研究,旨在消除栅栏效应和频谱泄露的影响,提高算法的估计精度和抗噪声性能。首先,本文提出了一种在加性高斯白噪声背景下基于插值离散傅里叶变换(Ip DFT)的多目标波达方向估计算法。在本算法中,信号DFT变换谱线被改写为多项式相乘的形式,并据此利用DFT谱线,建立起一个关于入射角度的多元一次线性方程组,从而估计出实际入射目标信号的到达角度。此外,本文还采用复值最小二乘框架(CLS)将算法扩展到了多快拍的场景下。该算法将频谱泄漏和旁瓣干扰作为有用信息,建立线性方程组,因此可以准确地估计出DOA。理论推导和仿真结果说明,该算法抑制噪声干扰能力强,估计精度高,且估计结果的均方误差(MSE)接近CRLB。为了进一步提高DOA估计算法的性能,本文又提出了一种均匀线阵(ULA)场景下基于补零DFT的改进多目标波达方向估计算法。对于包含H个入射目标信源的接收信号,算法使用3H根信号补零DFT谱线来建立一个线性方程组,然后计算实际的来波角度。在估计过程中,算法考虑了所有目标分量的影响,然后准确无偏地估计每个方位角。一个N阵元均匀线阵,算法可以同时支持N/3个目标的DOA估计。理论推导和仿真分析表明,该算法可以很好的抑制噪声干扰,并给出高精度的估计结果。与先前提出的Ip DFT估计方法比较,改进后的算法可以提高大约5d B的估计性能。因此,此改进后的方法有着更高的估计精度和更好的抑制噪声干扰性能。

关键词：到达角度离散傅里叶变换多目标均匀线阵

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均匀线阵互耦和幅相误差有源校正改进算法

系统工程与电子技术 2009年第9期31卷 2076-2081页

作者：王鼎吴瑛解放军信息工程大学信息工程学院河南郑州450002

阵列互耦和幅相误差会严重影响MUSIC算法的测向性能,为此重点研究了由互耦和幅相误差引起的阵列误差校正问题。针对均匀线阵,提出了一种改进的阵列误差校正算法,它通过矩阵特征分解得到一组校正源的方向向量来估计阵列误差,改进算法充... 详细信息

阵列互耦和幅相误差会严重影响MUSIC算法的测向性能,为此重点研究了由互耦和幅相误差引起的阵列误差校正问题。针对均匀线阵,提出了一种改进的阵列误差校正算法,它通过矩阵特征分解得到一组校正源的方向向量来估计阵列误差,改进算法充分利用了均匀线阵互耦矩阵的特殊结构,并通过交替迭代的方法实现了阵列误差参数的优化校正。计算机仿真结果表明,改进算法提高了参数估计精度,并且可推广应用于校正源方位存在偏差的情况。

关键词：阵列校正均匀线阵互耦幅相误差复对称带状Toeplitz矩阵

均匀线阵混合信源DOA估计与互耦误差自校正

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系统工程与电子技术 2014年第9期36卷 1696-1701页

作者：景小荣杨洋张祖凡陈前斌重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 重庆邮电大学移动通信技术重庆市重点实验室重庆400065

针对均匀线阵(uniform linear array,ULA)互耦条件下混合信源的波达方向(direction of arrival,DOA)估计问题,基于联合对角化算法,提出了一种基于3步实现的DOA与互耦系数估计新算法。首先利用互耦矩阵的Toeplitz结构实现混合信源中独立... 详细信息

针对均匀线阵(uniform linear array,ULA)互耦条件下混合信源的波达方向(direction of arrival,DOA)估计问题,基于联合对角化算法,提出了一种基于3步实现的DOA与互耦系数估计新算法。首先利用互耦矩阵的Toeplitz结构实现混合信源中独立信源的DOA及互耦系数的粗估计;然后结合斜投影及前后向空间平滑,实现混合信源DOA估计;最后以广义空间特征矩阵及混合信源DOA估计值为基础,提出一种非子空间类互耦系数自校正方法。计算机仿真结果表明,与同类算法相比,所提算法无论在DOA及互耦系数估计精度、还是在DOA估计成功率方面,均具有明显的优势,且对于高斯背景噪声具有普适性。

关键词：均匀线阵混合信号波达方向估计互耦自校正

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均匀线阵目标到达角估计的压缩感知方法研究

通信学报 2015年第2期36卷 168-174页

作者：黄麟舒察豪叶慧娟徐慨海军工程大学电子工程学院湖北武汉430033

为了缓解表面波雷达在天线阵列小型化后角度分辨率低的问题,采用压缩感知理论,提出一种小型天线阵列表面波雷达目标到达角估计的方法。将到达角估计问题转化为稀疏信号表示的重建问题。建立了稀疏信号模型,分析了应用条件,将角度和速度... 详细信息

为了缓解表面波雷达在天线阵列小型化后角度分辨率低的问题,采用压缩感知理论,提出一种小型天线阵列表面波雷达目标到达角估计的方法。将到达角估计问题转化为稀疏信号表示的重建问题。建立了稀疏信号模型,分析了应用条件,将角度和速度空间离散化以构造字典,设计了基于实时海态信息的测量矩阵,设计匹配算法完成信号重构。仿真结果表明,若满足准确重建条件,即使在小型天线阵列的情况下,也能以计算资源为代价改善方位分辨率。

关键词：表面波雷达均匀线阵到达角压缩感知

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均匀线阵中幅相及位置误差的快速校正方法

数据采集与处理 2003年第4期18卷 383-388页

作者：李琼叶中付徐旭中国科学技术大学信号统计处理研究室合肥230027

着重研究了针对均匀线阵中由各阵元幅度相位不一致性及位置误差的综合影响引起的阵列流形误差的校正问题。该方法利用单信号源 (可以为事先设置的校正源或某目标源 ) ,无须准确知道信号源的波达方向 ,只须在校正过程中将阵列天线以已知... 详细信息

着重研究了针对均匀线阵中由各阵元幅度相位不一致性及位置误差的综合影响引起的阵列流形误差的校正问题。该方法利用单信号源 (可以为事先设置的校正源或某目标源 ) ,无须准确知道信号源的波达方向 ,只须在校正过程中将阵列天线以已知角度旋转两次 ,即可对各阵元的幅度、相位及位置因子作较精确的估计 ,从而估计出综合误差存在情况下的阵列流形 ,并可同时估计信号源的波达方向。该方法无需迭代 ,计算简单快速 ,且具有较高的估计精度。

关键词：均匀线阵幅相位置误差快速校正方法阵列信号处理

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均匀线阵双基地MIMO雷达目标角度估计

吉林大学学报（工学版） 2014年第5期44卷 1460-1465页

作者：康晓涛晁文兰王昊石要武吉林大学通信工程学院长春130022 东北师范大学美术学院实验中心长春130117

在高斯色噪声背景下,提出了高阶累积量最小范数算法,实现了均匀线阵双基MIMO雷达的波离方向和波达方向的联合估计。最小范数算法利用双基MIMO雷达的联合导向矢量矩阵与噪声子空间正交,用噪声子空间的全部噪声奇异矢量构成最小范数矢量,... 详细信息

在高斯色噪声背景下,提出了高阶累积量最小范数算法,实现了均匀线阵双基MIMO雷达的波离方向和波达方向的联合估计。最小范数算法利用双基MIMO雷达的联合导向矢量矩阵与噪声子空间正交,用噪声子空间的全部噪声奇异矢量构成最小范数矢量,相比MUSIC算法计算量小。仿真结果也表明在低信噪比时,最小范数算法的估计性能较好。

关键词：信息处理技术 MIMO雷达最小范数算法角度估计均匀线阵

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均匀线阵的子阵划分及子阵级权矢量联合优化

数据采集与处理 2016年第6期31卷 1242-1249页

作者：郑小雨刘洛琨郭虹杨金金解放军信息工程大学信息系统工程学院郑州450002

大型阵列采用子阵级处理方法可以用小的代价获得较好的处理性能。本文提出一种均匀线阵(Uniform linear array,ULA)子阵级处理方法,该方法综合考虑子阵划分及子阵级幅度权矢量对阵列输出性能的影响,运用粒子群算法(Particle swarm optim... 详细信息

大型阵列采用子阵级处理方法可以用小的代价获得较好的处理性能。本文提出一种均匀线阵(Uniform linear array,ULA)子阵级处理方法,该方法综合考虑子阵划分及子阵级幅度权矢量对阵列输出性能的影响,运用粒子群算法(Particle swarm optimization,PSO)将子阵划分方式及子阵级幅度权值进行联合优化。通过仿真发现,该联合优化方法可以充分利用阵列划分方式的自由度,在已知阵列输出性能的前提下,准确地提供一组阵列划分方式及子阵级幅度权值。与常规方法相比,联合优化方法降低了阵列设计的计算量及阵列设计周期,并且可以得到性能更有针对性的方向图。本文方法也为大型阵列进行子阵划分提供了理论依据。

关键词：子阵划分方向图综合联合优化均匀线阵粒子群算法

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基于极化敏感阵列均匀线阵的二维DOA估计

电子与信息学报 2019年第10期41卷 2350-2357页

作者：刘鲁涛王传宇哈尔滨工程大学信息与通信工程学院

针对残缺电磁矢量传感器的极化敏感阵列多参数联合估计问题,该文提出一种基于正交偶极子的均匀线阵的2维波达方向(Direction-Of-Arrival,DOA)估计算法。首先,对极化敏感阵列的接收数据矢量的协方差矩阵进行特征分解,然后将信号子空间划... 详细信息

针对残缺电磁矢量传感器的极化敏感阵列多参数联合估计问题,该文提出一种基于正交偶极子的均匀线阵的2维波达方向(Direction-Of-Arrival,DOA)估计算法。首先,对极化敏感阵列的接收数据矢量的协方差矩阵进行特征分解,然后将信号子空间划分成4个子阵,根据旋转不变子空间(ESPRIT)算法分别求出其中1个子阵与其它3个子阵的相位差,再对不同子阵间的相位差进行配对,最后根据相位差求出信号的DOA估计和极化参数。由正交偶极子组成的均匀线阵使用极化MUSIC算法和传统ESPRIT算法无法进行2维DOA估计,该文提出的算法解决了这个问题,并且相较于极化MUISC算法降低了算法的复杂度。仿真结果验证了该文算法的有效性。

关键词：信号处理 DOA估计极化敏感阵列正交偶极子均匀线阵

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互耦条件下均匀线阵DOA盲估计

电子与信息学报 2012年第2期34卷 382-387页

作者：胡增辉朱炬波何峰梁甸农国防科学技术大学电子科学与工程学院长沙410073 酒泉卫星发射中心酒泉732750 国防科学技术大学理学院长沙410073

阵元间存在互耦时,经典的波达角(DOA)估计算法性能急剧下降甚至失效。针对互耦条件下均匀线阵DOA估计问题,该文提出一种基于盲源分离的DOA盲估计算法。首先,利用源信号的统计特性,由盲源分离方法估计广义阵列流形矩阵;然后,利用均匀线... 详细信息

阵元间存在互耦时,经典的波达角(DOA)估计算法性能急剧下降甚至失效。针对互耦条件下均匀线阵DOA估计问题,该文提出一种基于盲源分离的DOA盲估计算法。首先,利用源信号的统计特性,由盲源分离方法估计广义阵列流形矩阵;然后,利用均匀线阵互耦矩阵带状、Toeplitz矩阵的特点,将DOA估计问题转化为多个可分离非线性最小二乘问题,由多个1维频域搜索得到DOA的估计。该算法无需高维搜索或多维迭代,对互耦自由度要求更低,互耦自由度未知时仍旧适用,稳健度高。数值仿真验证了该文算法的有效性。

关键词：信号处理互耦波达角均匀线阵盲源分离可分离非线性最小二乘