平滑重构稀疏贝叶斯学习测向算法

针对二级嵌套阵列中的紧凑阵元结构易受互耦效应影响的问题,提出了两种不同的嵌套阵列结构改进方法：连续平移嵌套阵列和间隔平移嵌套阵列。通过对原有二级嵌套阵列阵元位置进行调整,形成了两种不同的平移嵌套阵列结构,这两种结构对应的差分共阵均"无孔",并且测向自由度和阵列稀疏度均大于原二级嵌套阵列。针对嵌套阵列的差分共阵测向模型为单测量矢量模型,稀疏贝叶斯学习测向算法复杂度高的问题,提出了平滑重构稀疏贝叶斯学习算法。该算法通过空间平滑重构将单测量矢量模型变为多测量矢量模型,降低了观测矩阵的维度,减小了计算复杂度。算法求解时,通过对变换后的观测矩阵进行奇异值分解,进一步降低了观测矩阵维度,利用稀疏贝叶斯学习算法估计辐射源角度。仿真表明,在信噪比和采样数相同的条件下,该算法收敛速度比单测量矢量稀疏贝叶斯学习（SMV-SBL）算法快,且测向精度高于SMV-SBL算法和空间平滑多重信号分类（MUSIC）算法;存在互耦影响时,两种平移嵌套阵列比原嵌套阵列受互耦影响小。     

复杂电磁环境下ESPRIT算法的测向性能

从复杂电磁环境的实际应用出发,从入射角度、阵元间距、信号带宽、多信源(邻近信号)这4个因素对旋转不变子空间算法的测向精度作了仿真研究,得出了一些结论,发现旋转不变子空间算法比多重信号分类算法更适合于在复杂电磁环境中的应用.     

短波段内多重信号分类算法的窄带假设分析

经典空间谱估计算法的两个适用假设是远场平面波和窄带信号。文章利用7单元均匀线列阵仿真分析了短波波段内多重信号分类（MUSIC）算法的窄带假设上限带宽。可以发现：对于短波信号,50kHz的带宽所带来的测向误差不超过O．08°。这就意味着,对于短波通信信号的侦察测向完全可以采用经典空间谱估计算法,比如MUSIC算法,而不需要为窄带假设来付出代价,这便为设计高精度的短波通信实时测向系统提供了条件。     

运动单阵元被动合成阵列波达方向估计

 提出了一种运动单阵元被动合成阵列波达方向(DOA)估计算法。该算法基于被动合成阵列(PSA)的概念,结合空间谱估计的思想构建了运动单阵元被动合成阵列模型,通过多次不同速度合成阵列过程实现对信号DOA的无模糊估计。通过对单次匀速合成阵列过程进行分析得到,在假设信号频率已知条件下,合成阵列算法能够达到与同孔径实阵列多重信号分类（MUSIC）算法相当的DOA估计性能。仿真验证了被动合成阵列与同孔径实阵列的渐近等效性及算法的有效性。     

基于短基线传感器阵列的炮弹被动测向算法

针对现有基于角度估计的无源被动探测技术不能满足远场高精度目标测向的问题，及现有被动探测传感器阵列在战场中需要大规模环绕布设的限制，采用基于经验模态分解(EMD)和短时能量特性分析的瑞雷波提取方法，结合时延双曲线定位模型提出免受波速影响的短基线传感器阵列被动测向方法。首先，在对传感器阵列获取的地震动信号进行信号特性分析基础上，基于EMD构建自适应分解去噪模型，提出基于信号短时能量特性的瑞雷波成分的抽取方法。其次，在对瑞雷波进行联合相关计算估计时延基础上，构建基于TDOA算法的时延双曲线模型，并提出基于四元十字短基线传感器阵列的DFA-WV算法，实现免受波速影响的炮弹信号高精度测向。最后，本文算法模型在仿真及靶场实弹试验得到验证，测试结果表明提取瑞雷波算法可为时延高准度估计提供效力，DFA-WV测向算法因摆脱波速估计值对测向结果的影响，相较于Chan算法及改进MPR算法具有更优的测向性能，且计算复杂度低，在实际野外靶场炮弹目标测向中具有工程应用价值。     

在冲击噪声环境中基于子空间的测向算法研究

 首先分析了冲击噪声的性质以及它对传统的基于二阶或高阶统计量的子空间测向技术的影响, 然后提出了一种新的在冲击噪声环境中基于子空间的阵列测向算法。该算法利用TLS-ESPRIT 算法的基本思想, 通过对阵列输出信号的协变异系数矩阵进行奇异值分解来估计来波方位, 最后进行了计算机仿真试验, 验证了该算法的可行性和有效性。     

基于改进粒子群的时差测向最优阵列布局

为了减小阵列布局对测向算法精度的影响，提升在特定场景下目标的测向精度，提出基于竞争策略和差分进化策略的粒子群优化（PSO-CDE）算法，并基于PSO-CDE实现时差测向阵列优化。首先，基于时差测向的原理，以位置约束和基线约束设计传感器阵列，以均方误差构建适应度评价函数；其次，提出PSO-CDE算法来提高粒子群性能和鲁棒性，并基于PSO-CDE算法对阵列布局进行策略优化；最后，通过仿真靶场环境，得到不同条件下的优化阵列布局。仿真结果表明：优化后的阵列较规则阵列具有更高的目标测向精度。同时，对比分析最优阵列中阵列基线、阵元数量和时延误差对测向精度的影响，为实际场景中阵列布局优化策略的选择提供相应的参考依据。     

存在阵列模型误差情况下的宽带DOA估计

 针对工程应用中存在阵列模型误差的任意形状天线阵列的宽带波达方向（DOA）估计问题,提出一种基于信号分离的相关域宽带松弛（RELAX）算法。此算法利用具有记忆与遗忘特征的矩阵算子的投影机理对入射信号进行有效的分离,因此对一定范围内的阵列模型误差较之基于子空间理论的传统宽带测向算法具有较好的鲁棒性与良好的工程应用前景。分析并证明了此算法的信号分离机理及此算法对阵列模型误差稳健的原理。理论分析与仿真结果均表明存在阵列模型误差时此算法宽带DOA估计的有效性和稳健性。     

一种基于最小流形长度的高精度线阵设计

 传统上以阵列孔径来比较各种线阵的测向性能,但这一指标没有考虑到阵元数目及阵列几何布局对阵列性能的影响。因子空间类算法需搜索阵列流形来进行测向,所以阵列流形对阵列性能有重要影响。阵列流形又是阵元数、阵列几何布局的函数,可通过阵列流形来研究阵元数、阵列几何布局与阵列测向性能的关系。在分析了线阵流形与线阵测向精度的关系的基础上,提出了一个基于线阵最小流形长度的指标来比较不同线阵的性能,该指标综合考虑了阵元数、阵列几何布局对阵列测向精度的影响。通过对此指标的讨论,给出了提高线阵测向精度的设计思路。对几个不同线阵的仿真证实了该指标的有效性,也验证了该设计思路的可行性。     

嵌套阵列最大似然估计测向算法

针对在辐射源个数未知的条件下嵌套阵列难以估计多个辐射源角度的问题,提出了基于最大似然估计(MLE)的嵌套阵列角度估计算法。算法在嵌套阵列模型的基础上,首先通过推导阵列截获多辐射源信号的最大似然函数及其梯度,利用最速下降法估计出空域中所有潜在辐射源的角度;然后,通过多元假设检验,利用最大似然比与门限进行比较,确定出空域中所有潜在辐射源中某一时刻发射信号的活跃辐射源角度,排除其余噪声形成的虚假辐射源角度,解决了在辐射源个数未知条件下嵌套阵列对多个辐射源角度估计问题。仿真结果表明:与传统多重信号分类(MUSIC)算法相比,该算法在辐射源数目未知、存在相干信号、低信噪比(SNR)、低快拍数条件下,均具有较好的角度估计精度,并且算法形成的虚拟阵列自由度是空间平滑MUSIC算法的2倍;多元假设检验法比传统信源数目估计算法在低信噪比条件下和处理相干信号方面具有明显优势。     

Numerical optimization method for array signal processing

This paper presents a novel and efficient extrema-mapping algorithm, which we call the roller-coaster algorithm. Two versions of the algorithm, the one-dimensional (1-D) and the two-dimensional (2-D) roller-coaster, are developed. Its applicability to array signal processing is demonstrated. We use it to solve a multiple source direction finding problem using multiple signal classification (MUSIC), beamformer, and minimum variance methods, and for antenna array design. The algorithm is based on heuristic assumptions and its properties are not proved. Yet, its performance was tested in many simulated experiments, yielding favorable results     

窄带信号小样本谱估计算法

针对窄带平稳随机信号的小样本谱估计问题,结合均匀线性阵列的空间谱估计算法,提出了一种高性能小样本谱估计算法。该算法首先利用采样数据构造一个Toeplitz矩阵;然后对该矩阵进行特征值分解得到信号子空间和噪声子空间;再结合MUSIC、ESPRIT等子空间算法,即可实现对小样本采样数据的谱估计。数值仿真验证了该算法的有效性。     

一种联合估计的有源校正高精度测向算法

针对存在系统误差的阵列模型,提出了一种有源标校下的联合估计测向算法。该算法把误差矩阵估计转化为误差系数估计,并采用到达角精确已知的源信号进行标校,在此基础上使用最小二乘法联合估计幅相不一致误差系数和互耦误差系数,最后使用结合误差矩阵的MUSIC算法测量信号的到达角。仿真表明,该算法仅需要3个标校源,其精度相比于无阵列误差情况下降0.05°,具有较好的工程可实现性。     

HF multipath passive single site radio location

This paper considers the problem of passive geolocation for the case of HF multipath propagation. A new technique is developed for the estimation of interpath time delay applying the multiple signal classification (MUSIC) superresolution spectral estimation method. The technique samples the signals received by two spatially separated antennas to compute the normalized MUSIC cepstrum. The method is applied to experimental data in a preliminary proof-of-concept analysis     

基于导波传播模型的MUSIC损伤识别算法

针对结构健康监测领域的损伤近场定位问题,提出了适用于复合材料结构损伤识别的近场二维多重信号分类（MUSIC）损伤识别算法。该损伤识别算法将导波传播模型引入近场二维MUSIC损伤识别模型,构造损伤散射信号与实验差信号的互相关矩阵,通过信号子空间与噪声子空间正交特性构造近场二维MUSIC空间谱。通过数值仿真和实验验证了所提出的损伤识别算法能够有效地识别复合材料结构损伤位置信息,具有很高的定位精度和分辨率。针对飞机垂直尾翼的加强筋结构对导波传播特性影响较大的问题,提出了分区域监测的损伤检测策略,并利用基于导波传播模型的二维MUSIC空间谱损伤识别算法成功地识别飞机垂直尾翼结构损伤,实现了复杂复合材料结构损伤识别的工程验证。     

General direction-of-arrival estimation: a signal subspace approach

A high-resolution algorithm is presented for resolving multiple incoherent and coherent plane waves that are incident on an array of sensors. The incident sources can be a mixture of narrowband and broadband sources, and, the geometry of the array is unrestricted. The algorithm makes use of a fundamental property possessed by those eigenvectors of the array spectral density matrix that are associated with eigenvalues that are larger than the sensor noise level. Specifically, it is shown that these eigenvectors can each be represented as linear combinations of the steering vectors identifying the incident plane waves. This property is then used to solve the important special cases of incoherent sources incident on a general array and coherent sources incident on an equispaced linear array. Simulation results are presented to illustrate the high-resolution performance achieved with this approach relative to that obtained with MUSIC and spatial smoothed MUSIC in which the coherent-signal-subspace focusing method is used