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基于耦合张量分解的稀疏阵列二维DOA估计算法

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系统工程与电子技术 2023年第4期45卷 958-964页

作者：任明健胡国平周豪游致远张凌培空军工程大学防空反导学院陕西西安710038 空军工程大学研究生院陕西西安710038 中国人民解放军95517部队四川成都610000

传统基于张量分解的稀疏阵列波达方向(direction of arrival,DOA)估计,通常将协方差矩阵直接进行划分来构建满秩张量,但这种方法没有考虑数据间的结构信息,使得信息利用不充分。针对这一问题,提出了一种基于数据间耦合关系的张量分解算... 详细信息

传统基于张量分解的稀疏阵列波达方向(direction of arrival,DOA)估计,通常将协方差矩阵直接进行划分来构建满秩张量,但这种方法没有考虑数据间的结构信息,使得信息利用不充分。针对这一问题,提出了一种基于数据间耦合关系的张量分解算法。根据信息间的结构特点,构建在俯仰和方位维度能分别利用耦合特性的两个三阶张量。通过张量分解从中估计出两组角度值,将其中利用耦合特性估计出的角度值作为DOA值,伴随产生的估计值用作角度匹配。仿真结果验证了所提算法可进一步提升对数据间耦合信息的利用,有效提高二维DOA估计的精度。

关键词：耦合张量稀疏阵列波达方向估计

基于无人机集群的近场线性稀疏阵列波束形成研究

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电子与信息学报 2023年第1期45卷 181-190页

作者：张逸楠王广学彭世蕤冷毅空军预警学院信息对抗系武汉430019

无人机集群构成的天线阵列常呈现近场、稀疏特性,经典波束形成理论无法适配。为此,该文首先构建了近场均匀线阵信号模型,通过对信号相位差函数进行泰勒展开近似提出基于线性调频脉冲压缩处理的近场波束形成简化实现方法,并以此为基础在... 详细信息

无人机集群构成的天线阵列常呈现近场、稀疏特性,经典波束形成理论无法适配。为此,该文首先构建了近场均匀线阵信号模型,通过对信号相位差函数进行泰勒展开近似提出基于线性调频脉冲压缩处理的近场波束形成简化实现方法,并以此为基础在空间-频率2维域内对近场波束形成特性进行了分析:从空间频率偏移和带宽失配的角度,分析得到了近场波束的方位向增益变化特性和距离向增益变化特性;从空间欠采样的角度,研究提出了阵元稀疏分布条件下近场波束栅瓣分布的解析表达式。仿真证明了该文结论的有效性,为利用波束形成技术提高无人机集群的通信、电子侦察、干扰能力提供了理论支撑。

关键词：无人机集群稀疏阵列近场波束形成波束特性栅瓣分布

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MIMO雷达稀疏阵列优化设计方法

系统工程与电子技术 2022年第12期44卷 3661-3666页

作者：唐军奎刘峥谢荣曾波西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室陕西西安710071 华东电子工程研究所安徽合肥230088

针对运动平台多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)雷达应用中无法进行规则稀疏布阵,传统的稀疏阵优化设计方法优化对象单一的问题,提出一种利用多目标进化算法(multi-objective evolutionary algorithm,MOEA)进行阵列结... 详细信息

针对运动平台多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)雷达应用中无法进行规则稀疏布阵,传统的稀疏阵优化设计方法优化对象单一的问题,提出一种利用多目标进化算法(multi-objective evolutionary algorithm,MOEA)进行阵列结构优化的方法。将MIMO雷达接收端的收发联合和差波束的旁瓣电平为优化目标,使系统具有尽可能好的和差波束旁瓣抑制性能。仿真结果表明,基于Pareto秩排序的MOEA的MIMO雷达稀疏阵优化设计可以使系统多种性能得到提升。

关键词：多输入多输出雷达稀疏阵列和差波束形成多目标进化算法

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基于互质阵列孔洞分析的稀疏阵列设计方法

电子与信息学报 2022年第1期44卷 372-379页

作者：刘可朱泽政于军马俊达哈尔滨理工大学测控技术与仪器黑龙江省高校重点实验室哈尔滨150080 哈尔滨理工大学自动化学院哈尔滨150080

针对互质阵列产生连续延迟较少且冗余度高的问题,该文提出了两种基于互质阵列的稀疏设计方法。首先,通过分析阵元位置对互质阵列差分共阵总延迟和连续延迟影响,得出互质阵列在去掉特定阵元后,将不改变连续延迟拓扑。然后,优化传感器阵... 详细信息

针对互质阵列产生连续延迟较少且冗余度高的问题,该文提出了两种基于互质阵列的稀疏设计方法。首先,通过分析阵元位置对互质阵列差分共阵总延迟和连续延迟影响,得出互质阵列在去掉特定阵元后,将不改变连续延迟拓扑。然后,优化传感器阵列布局,在保持整个阵列的阵元数不变的条件下,增加阵列连续延迟数量。其后,分别推得了两种提出阵列设计方法的连续延迟和自由度相关的数学表达式。最后,以相同物理传感器和相同估计方法开展对比仿真,验证提出稀疏阵列设计的DOA估计性能。

关键词：互质阵列稀疏阵列相关延迟 DOA估计

基于动态搜索策略离散粒子群算法的稀疏阵列约束优化

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电子学报 2023年第4期51卷 783-791页

作者：曾浩蔡万翰任志刚陈毅乔重庆大学微电子与通信工程学院重庆400044 西南电子技术研究所四川成都610036

针对目前稀疏阵列优化算法搜索策略单一和适用范围受限问题,对离散粒子群(Discrete Particle Swarm Optimization,DPSO)算法进行改进,提出了一种基于多种融合的综合粒子学习策略的算法,用其设计具有多个约束条件的稀疏平面阵列.该方法... 详细信息

针对目前稀疏阵列优化算法搜索策略单一和适用范围受限问题,对离散粒子群(Discrete Particle Swarm Optimization,DPSO)算法进行改进,提出了一种基于多种融合的综合粒子学习策略的算法,用其设计具有多个约束条件的稀疏平面阵列.该方法在粒子速度更新时使用基于小生境的分散解集合替换群体最优解,以形成高多样性种群.为了增强后期局部收敛性,在适时启动局部变异策略,利用变异概率自适应地调整粒子位置,并通过两个观测参数监控其运动状态.经典函数测试和平面稀疏阵列数值仿真结果证明了算法的有效性和鲁棒性.相同仿真条件下,相比于现有三种算法,该算法峰值旁瓣电平(Peak Side-Lobe Level,PSLL)分别降低了8.45%,6.77%和8.27%.

关键词：稀疏阵列离散粒子群算法搜索策略多样性模式搜索峰值旁瓣电平

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稀疏阵列方向调制信号综合算法

系统工程与电子技术 2018年第12期40卷 2816-2823页

作者：马威洪涛南京邮电大学通信与信息工程学院江苏南京210003

方向调制技术是近年来物理层安全通信领域研究的热点之一。现有的研究都是采用均匀相控阵根据应用场景性能要求的不同来研究方向调制信号的综合算法,不同场景性能要求下综合算法不具有通用性。针对这一问题提出了一种基于稀疏阵列的方... 详细信息

方向调制技术是近年来物理层安全通信领域研究的热点之一。现有的研究都是采用均匀相控阵根据应用场景性能要求的不同来研究方向调制信号的综合算法,不同场景性能要求下综合算法不具有通用性。针对这一问题提出了一种基于稀疏阵列的方向调制信号综合算法,算法中首先利用前向后向矩阵束方法求解稀疏阵列的阵元位置,然后针对方向调制信号应用场景性能要求建立相应的优化问题,通过优化问题中的目标函数和约束条件将不同的性能要求统一到一个优化问题中求解稀疏阵元对应的激励。仿真结果表明所提的基于稀疏阵列的方向调制信号综合算法相比于均匀阵列的方向调制信号综合算法能够更好地适应不同场景性能要求下方向调制信号发射机的设计。

关键词：物理层安全通信方向调制稀疏阵列前向后向矩阵束凸优化

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稀疏阵列的鲁棒矩阵填充DOA估计算法

系统工程与电子技术 2024年第5期46卷 1477-1483页

作者：张芸萌董玫陈伯孝西安电子科技大学雷达信号处理全国重点实验室陕西西安710071

稀疏阵列布阵灵活,增大阵列孔径的同时还能减少阵元间耦合,但基于稀疏阵列的传统波达方向估计会导致角度模糊混叠,带来估计精度差和稳健性不足的问题。针对以上问题,提出一种适用于稀疏阵列波达方向估计的加权截断奇异值投影(weighted t... 详细信息

稀疏阵列布阵灵活,增大阵列孔径的同时还能减少阵元间耦合,但基于稀疏阵列的传统波达方向估计会导致角度模糊混叠,带来估计精度差和稳健性不足的问题。针对以上问题,提出一种适用于稀疏阵列波达方向估计的加权截断奇异值投影(weighted truncated singular value projection,WT-SVP)的鲁棒矩阵填充算法。在填充迭代过程中根据奇异值的大小分配权重,突出大奇异值包含的阵列信息,减少小奇异值中不必要的噪声信息,从而优化传统奇异值投影算法。该算法可以实现稀疏阵列的孔洞信息恢复,对不连续阵元充分利用,同时WT-SVP填充算法实现了稀疏阵列波达方向估计的高精度、高分辨以及在低信噪比、低快拍时的高鲁棒性。

关键词：稀疏阵列矩阵填充奇异值投影波达方向估计

基于稀疏阵列的电磁矢量传感器多输入多输出雷达高分辨角度和极化参数联合估计

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物理学报 2020年第7期69卷 102-113页

作者：谢前朋潘小义陈吉源肖顺平国防科技大学电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室长沙410073

针对双基地电磁矢量传感器多输入多输出(electromagnetic vector sensors multiple-input multiple-output,EMVS-MIMO)雷达参数估计精度以及角度参数配对问题,通过设计一种新的稀疏阵列和采用自动参数配对算法来实现高分辨的角度参数和... 详细信息

针对双基地电磁矢量传感器多输入多输出(electromagnetic vector sensors multiple-input multiple-output,EMVS-MIMO)雷达参数估计精度以及角度参数配对问题,通过设计一种新的稀疏阵列和采用自动参数配对算法来实现高分辨的角度参数和极化参数联合估计.首先,通过设计稀疏的发射阵列和接收阵列来实现对EMVS-MIMO雷达阵列孔径的扩展;然后,提出平行因子-三线性分解算法对接收数据的三阶张量模型进行求解.所提出的平行因子-三线性分解算法能够实现二维发射角、二维接收角、极化相位角和极化相位差的联合参数自动配对;且针对估计得到的发射导向矢量矩阵和接收导向矢量矩阵,根据旋转不变特性可以实现高精度的发射俯仰角和接收俯仰角测量.在得到精确的发射俯仰角和接收俯仰角之后,相应的发射和接收方位角、极化角和极化相位差可以通过矢量叉积算法来进行估计.相比于现有算法,所提出的算法能够避免高维数据奇异值分解以及额外的参数配对过程;且通过稀疏阵列设计,角度参数估计精度能够进一步地提升,仿真结果表明所提出的算法具有优良的角度参数估计性能.

关键词：稀疏阵列双基地电磁矢量传感器多输入多输出雷达平行因子-三线性分解联合参数估计

基于原子范数最小化的稀疏阵列稳健波束形成算法

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兵工学报 2023年

作者：吕岩曹菲金伟何川杨剑张辉火箭军工程大学核工程学院火箭军工程大学导弹工程学院 96746部队

为提高稀疏阵列在信号模型存在失配时的波束形成性能，提出了一种基于原子范数最小化（atomic norm minimization， ANM）的稳健波束形成算法。所提算法构建了基于ANM的降噪问题模型，根据稀疏阵列的协方差矩阵结构将其转化为等价的半... 详细信息

为提高稀疏阵列在信号模型存在失配时的波束形成性能，提出了一种基于原子范数最小化（atomic norm minimization， ANM）的稳健波束形成算法。所提算法构建了基于ANM的降噪问题模型，根据稀疏阵列的协方差矩阵结构将其转化为等价的半定规划问题，同时推导了该问题的对偶问题以提高运行效率，求解得到阵列降噪后的接收数据和协方差矩阵。根据互质阵列的结构特性证明其空间谱的无模糊性，对所得的协方差矩阵直接使用多重信号分类算法获得入射信号的波达方向。利用虚拟填充技术得到与互质阵列孔径相同的均匀线性阵列的接收数据，最终获得了阵列输出。通过计算机仿真实验，验证了所提算法的可行性和准确性，较其他算法输出的信干噪比更优。

关键词：稳健波束形成稀疏阵列原子范数最小化对偶问题