基于双向传播算子的互质面阵二维波达方向估计

针对谱峰搜索的二维波达方向估计中现有算法复杂度高,精度受搜索间隔影响较大的问题,给出了一种双向传播算子的互质面阵二维波达方向估计算法,实现了俯仰角和方位角的低复杂、高精度、无模糊联合估计.该方法首先将互质阵列引入到二维波达方向估计中,构造互质平面阵模型,然后采用两次旋转不变传播算子方法计算出不同阵列流型方向上的旋转因子矩阵,根据旋转因子矩阵解算出目标信号的俯仰角和方位角,同时利用互质理论消除了稀疏阵列角度估计的不确定性,证明了互质阵列模型下采用双向传播算子方法进行俯仰角和方位角估计的无模糊性.对算法的复杂度进行理论分析,并给出了平面阵列角度估计的克拉美罗界推导.理论分析与仿真结果表明,算法不需要进行角度匹配和谱峰搜索,在相同条件下的均方根误差性能优于均匀平面阵的多重信号分类算法,并且以较低的复杂度无模糊的达到了高维网格搜索的精度.     

基于互质阵列重构的高维波达方向估计算法

针对角度估计中现有算法估计信源数少的问题,提出了一种基于互质阵列重构的高维波达方向估计算法,实现了有限物理阵元条件下多重信号角度的超分辨估计.该方法首先对接收信号协方差矩阵进行列向量化处理,建立虚拟阵列模型,然后在此基础上重构虚拟阵列流型,拟合出缺失的虚拟阵元响应,最后引入空域平滑的思想,实现角度的超分辨估计.对本文算法的复杂度和阵列自由度进行理论分析.仿真结果表明,所提方法在相同物理阵元数条件下阵列自由度高于连续空域平滑检测算法和迭代内插检测算法,相比于迭代内插检测算法,以较小的复杂度代价获得了性能的较大提高.     

一种自动匹配的分布式非圆信号二维DOA快速估计方法

在相干分布式非圆信号2维波达方向(DOA)估计中,针对利用非圆特性后维数扩展带来的较大复杂度问题,且现有的低复杂度算法均需要额外的参数匹配,该文提出一种基于互相关传播算子的自动匹配2维DOA快速估计算法。该算法考虑L型阵列,在建立相干分布式非圆信号扩展阵列模型的基础上,首先证明了L阵中两个子阵的广义方向矢量(GSV)均具有近似旋转不变特性,然后通过阵列输出信号的互相关运算消除了额外噪声,最终利用子阵GSV的近似旋转不变关系通过传播算子方法得到中心方位角与俯仰角估计。理论分析和仿真实验表明,所提算法无须谱峰搜索和协方差矩阵特征分解运算,具有较低的计算复杂度,并且能够实现2维DOA估计的自动匹配;同时,相比于现有的相干分布式非圆信号传播算子算法,所提算法以较小的复杂度代价获得了性能的较大提升。     

对称旋转不变相干分布式非圆信号二维波达方向估计

在相干分布式非圆信号二维波达方向估计中,利用信号非圆特性可提升估计精度,但现有的低复杂度算法利用泰勒级数近似建立的旋转不变关系会引入额外误差.针对该问题,考虑中心对称的三维立体线阵,提出了一种基于对称旋转不变关系的二维波达方向估计算法.算法首先利用信号非圆特性建立了扩展阵列模型;然后证明了对于任意的中心对称阵列,相干分布源的确定性角信号分布函数矢量具有对称特性,利用此特性在三维立体线阵的三个子阵中分别建立了扩展广义方向矢量的对称旋转不变关系;基于此,通过无须搜索的多项式求根方式分别得到中心方位角和俯仰角估计;最后利用整个阵列广义方向矢量的对称旋转不变关系构造代价函数实现了参数匹配.理论分析和仿真实验表明,相比于现有的低复杂度算法,所提算法避免了泰勒级数近似引入的额外误差,以较小的复杂度代价获得了性能的较大提升.同时,所提算法能够实现三维空间全方位的角度估计.     

基于矢量化差分相位的单分布源解耦二维波达方向估计

在分布源(包括相干分布源和非相干分布源)的二维波达方向估计中,均匀圆阵由于可实现全方位测角、具有较高的分辨率,得到了广泛的应用,然而现有的估计算法均需要谱峰搜索和特征值分解,复杂度较高.针对此问题,考虑单个相干分布源或非相干分布源入射两种情况,提出了一种基于矢量化差分相位的解耦二维波达方向快速估计算法.该算法首先基于空间频率近似模型,证明了任意单个分布源入射时,均匀圆阵中不同阵元接收信号间的差分相位均不受角度扩展参数的影响;基于此特性,通过获取差分相位即可实现中心波达角的解耦合;接下来,提取采样协方差矩阵的严格上三角元素相位,即对应于各阵元间的差分相位,并进行矢量化处理,最终将波达方向估计问题转化为一个最小二乘问题,从而直接得到闭式解,避免了谱峰搜索和特征值分解运算,大幅度降低了复杂度.理论分析和仿真实验表明,所提算法具有较高的估计精度,并且无需角信号分布的先验信息,同时具备较低的计算复杂度和硬件复杂度,有利于复杂环境下阵列测向等工程实践.     

基于互相关抽样分解的分布式非圆信号DOA快速估计

在非相干分布式非圆信号波达方向(DOA)估计中,针对利用信号非圆特性后输出矩阵维数扩展带来的较大运算量问题,该文提出一种基于互相关抽样分解的DOA快速估计算法。该算法仅需要从子阵间的扩展互相关矩阵中抽样出少量行元素和列元素,构成两个低维子矩阵,进而通过低秩近似分解便可快速地同时求出左右奇异矢量,即分别对应两个子阵的信号子空间,避免了计算整个互相关矩阵及其奇异值分解运算;最后利用两个子阵信号子空间的旋转不变性通过最小二乘得到DOA估计。仿真分析表明,当行列抽样数大于信源数的两倍时,所提算法与直接基于互相关矩阵奇异值分解的非相干分布式非圆信号DOA估计算法性能相近,但复杂度得到了大幅度降低;而相比于传统的低复杂度非相干分布源DOA估计算法,所提算法利用信号非圆特性具有更高的估计性能。