空间谱估计经典算法性能比较

空间谱估计是阵列信号处理的一个重要研究方向。空间谱估计理论与技术已日趋成熟，近几十年的经典谱估计技术包括：常规波束形成（CBF）、Capon谱估计、多重信号分类（MUSIC）、旋转不变子空间算法（ESPRIT）、最大似然（ML）、子空间拟合（SF），及这些算法的扩展和变形。上述算法在各个分散的文章中均有具体深入的理论分析和研究，亦有类似的2种或3种算法的性能比较，但是针对这些所有算法的性能比较，就笔者所知尚无公开报道，而使工程实现时对算法的选择没有依据。本文对这些经典算法做了简介，列出各个算法的优缺点，并对性能进行仿真比较，能直观地得到各个算法的性能对比，给工程实现算法选择提供理论依据。     

多重信号分类算法测向精度的仿真分析

作为空间谱估计理论体系中的标志性算法,多重信号分类算法从1979年提出后就一直是阵列信号处理领域的研究热点之一。针对复杂电磁环境中阵列测向的实际应用问题,从多信源、含噪宽带信号、入射角度、阵列间距这4个因素对多重信号分类算法的测向精度作了仿真分析,得出了一些结论。     

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。     

MIMO雷达中一种降维MUSIC的相干角度估计算法

研究单快拍下双基地多输入多输出（Multiple—InputMultiple-Output,MIMO）雷达中相干信源的离开角（Directionofdeparture,DOD）与到达角（directionofarrival,DOA）联合估计问题。利用单快拍下双基地MIMO雷达的接收信号构造一组Toeplitz矩阵,利用这组ToepIitz矩阵重构一个信号矩阵,提出一种基于降维多重信号分类（ReducedDimensionMultipleSignalClassification,RD-MUSIC）的DOD与DOA联合估计算法。提出的算法能够有效估计相干信源以及非相干信源的角度,实现角度的自动配对,并且角度估计性能远优于FBSS—ESPRIT算法以及ESPRIT-like算法。仿真结果验证了算法的有效性。     

基于压缩感知的信源个数与信号参数估计算法

信源个数与信号参数估计是盲信号处理的关键环节，对后续信号的侦察处理意义重大。针对当前盲信号信源个数与信源参数估计研究割裂的问题，提出了一种联合估计算法。通过分析信号的稀疏系数在不同测量矩阵相同稀疏字典下位置相同的特点，提高了信源个数和信号参数的估计精度，实现算法的自适应控制；通过数理分析确定了多级搜索策略的最优级次，大大降低了稀疏字典的原子数目。仿真结果表明：算法在一定信噪比下能够实现信源个数和信号参数的有效估计；信源个数和信号参数的估计精度随着压缩比的降低而逐渐提高，随着信噪比的提高而逐步增强；噪声对信源个数和信号参数估计精度的影响很大，尤其是低信噪比下；第2个信源载波频率和调频斜率的估计误差明显高于第1个信源参数的估计误差。     

提高CCD分辨力算法研究

对现有的一种提高CCD分辨力的算法进行了改进,并结合CCD的结构给出了高分辨力重建的计算公式。仿真试验说明:改进后的权重插值算法优于原先的算法,最后用平均梯度进行了性能评价。     

一种基于协方差矩阵重构的相干信源DOA估计算法

针对空间相干信源的波达方向估计问题,提出了一种基于协方差矩阵重构的TSVD-ESPRIT算法。它利用包含所有信源信息的特征向量构造Toeplitz协方差矩阵,避免了阵列有效孔径的损失,分辨率高且稳定性好;并且利用ESPRIT算法代替MUSIC算法进行DOA估计,避免了谱峰搜索,大大降低了计算量。数据仿真和分析证明了该算法的正确性和有效性。     

阵列高分辨方位估计方法统计性能分析

在简要回顾近年来阵列高分辨定向技术发展的基础上,从算法机理出发,对目前出现的各种高分辨定向算法进行合理分类。重点对一批典型算法的多目标定向性能进行统计分析,并利用统一的仿真模型对它们的估计精度和分辨能力进行比较,结论为：MUSIC,Mini-Norm两种方法的实用性较强,而WSF,IMP,TLS-ESPRIT等方法具有较高的理论研究价值,有待进一步开拓其实用性。     

一种基于贝叶斯估计的高分辨目标定向新方法

提出一种高分辨方位估计新方法。它是建立在阵列输出信号和噪声参数联合后验概率密度基础上的空间谱估计。仿真结果表明,该方法具有以下几个显著的优点：①极高的空间分辨率和估计精度;②可解相干源;③低信噪比、少快拍数的情况下很有潜力;④可以估计不同方向目标源的能量;⑤具有较好的工程应用前景。该方法和ＭＵＳＩＣ方法的性能进行了比较并给出计算机仿真结果。     

基于高分辨距离间隔像的频率步进单脉冲雷达测角技术研究

 频率步进雷达合成高分辨距离像时对速度补偿的精度要求很高,而采用高分辨距离间隔像处理则可以大大降低这种要求。首先分析了高分辨距离间隔像成像的一些问题;然后阐述了基于高分辨距离间隔像的单脉冲雷达测角机理,并且提出了3 种过采样条件下的单脉冲雷达距离间隔像测角算法,进行了计算机仿真,结果表明距离间隔像交叉项选大测角方法性能优于其它两种方法。     

基于稀疏表示的多雷达信号二维融合处理

多雷达信号融合通过对多视角和多频带雷达信号进行相干融合,可以提高图像的距离和方位向分辨率.为了克服基于谱估计的多雷达信号融合方法稳健性严重依赖于散射点个数估计精度和二维极点配对精度的问题,在深入研究逆合成孔径雷达(ISAR)信号的基础上,构造了多雷达信号二维融合的线性表示模型,将融合处理转化为一个信号表示问题;充分挖掘...     

阵列宽带Lamb波在结构损伤检测中的应用

阵列信号处理中的空间谱估计可以对信号源进行辨别和定位,于是通过采集在结构上布置的阵列传感器Lamb波信号用来检测损伤发生的位置。通常,大多数空间谱估计方法均以窄带信号为假定,在很多基于Lamb波的结构损伤检测中,为了减小频散特性的影响,大多数研究以Lamb波为窄带信号进行分析,但无限窄的激励信号是物理不可实现的。因此,其在多数情况下Lamb波信号并不符合窄带信号假定,更应被认为是一种宽带信号来进行处理。进而利用空间谱估计中宽带信号非相干子空间处理方法（Incoherent Signal Subspace Method,ISM）中阵列接收的宽带Lamb波信号进行处理,检测出结构发生单一损伤时的损伤位置。随后,当结构损伤与边界反射波有叠加时会引起损伤信号相干,采用宽带信号相干子空间方法（Coherent Signal Subspace Method,CSM）对损伤位置进行检测,得到了较好的结果。     

子空间投影DOA估计算法分析及合成空间谱

 针对子空间投影波达方向（DOA）估计方法在非理想条件下性能下降的问题,提出利用加权信号子空间投影和噪声子空间投影获得合成空间谱的DOA估计方法。从不同空间投影矩阵的角度对多种基于特征分解的子空间投影DOA估计方法进行归类分析,在分析的基础上通过对信号子空间投影采用主特征值倒数加权,并与常规噪声子空间投影进行空间谱合成对多目标进行分辨。合成空间谱在低信噪比、小快拍数和非等强多目标条件下具有优良的目标分辨能力和稳健性。理论和统计性能分析表明其性能优于多重信号分类（MUSIC）和信号子空间模变MUSIC（SSMUSIC）方法,有较高的工程应用价值。     

Interception Algorithm of S-cubed Signal Model in Stealth Radar Equipment

Radar equipment of stealth platforms such as aircraft have adopted the newest modern technology to design the signal waveforms. One of the important and effective methods is the hybrid waveform called spread spectrum stretch (S-cubed) which combines linear frequency modulation (LFM) and discrete phase code. In order to investigate the function of enemy’s stealth radar equipment, the interception algorithm of S-cubed is needed. In this paper, a novel detection and parameter estimation approach for the reconnaissance S-cubed radar signal is presented. First, the generalized time-frequency representation of Zhao, Atlas, and Marks (ZAM-GTFR) and Hough transforms (HT) are applied to detecting the signal, and then the initial frequency and modulation slope of LFM are estimated from the ZAM-GTFR. On the basis of LFM information, the reconstructing signal is generated. Finally, the code rate of discrete phase code is extracted from the negative peaks of the ZAM-GTFR. Simulation results show that the proposed algorithm has higher estimation accuracy when the signal to noise ratio (SNR) is above 3 dB.     

基于多项式聚焦矩阵的宽带信号到达角估计性能分析

对宽带信号采用基于多项式聚焦矩阵的方法进行到达角估计,并进行了计算机仿真。计算机仿真表明,多项式聚焦矩阵具有计算量小、抗噪性好、能对相干信号进行到达角估计的优点,但需要满足阵元间距远小于信号半波长的条件。当阵元间距不满足该条件时,会引入较大的估计误差。     

分布式接收宽带多目标信号盲检测迭代处理方法

随着软硬件技术的飞速发展和宽带接收机的广泛使用,频谱检测向着高瞬时带宽的方向发展,传统基于信道化处理的频谱检测方法存在搜索速度慢、处理效率低下的问题。文章提出了 1种新的分布式接收宽带多目标信号盲检测迭代处理方法,在无须预先知道信号数目及信号频谱位置的情况下,能够实现特定虚警概率多信号盲检测,具备较高的灵活性和稳健性。首先,在对信号特征进行分析的基础上,通过构造线性模型,将分布式接收多目标信号检测转化为线性模型求解问题进行处理;然后,基于贝叶斯多参数联合求解模型,在对未知参数先验分布进行合理假设的基础上,推导了各未知参数变分分布及信号检测门限的解析表达式,采用变分分布软信息迭代的方式实现多传感器信号、多参数联合估计,并利用每次迭代参数估计结果,对信号检测门限进行更新,通过置零操作实现预设虚警概率下的多信号盲检测;最后,通过仿真实验对所提方法性能进行了分析,并与相关方法进行了对比。仿真结果表明,所提方法能够有效利用多路接收信号信息,实现宽带未知多目标信号的盲检测,有效提升短数据下的算法处理效能,与现有方法相比,在接收单元数目较多以及信噪比较低时具有明显优势。     

基于稀疏表示和近似(e)0范数约束的宽带信号DOA估计

针对宽带信号的波达方向(DOA)估计问题,在稀疏框架下提出一种近似(e)0范数约束的宽带信号DOA估计新算法.首先对宽带信号进行预处理,得到同一参考频率点下的接收数据,然后对其协方差矩阵元素进行加和平均运算,得到一个低维的观测向量,并在稀疏框架下进行稀疏表示,最后利用截断(e)1函数设定权值,构造逼近(e)0范数约束的稀疏重构方法,进而重构信号,获得宽带信号的DOA估计.仿真结果表明,相比于传统的宽带信号DOA估计算法,所提算法具有更高的分辨率和估计精度.     

基于空域稀疏性的宽带DOA估计

利用宽带阵列接收信号的空域稀疏性,将宽带信号的波达方向(DOA)估计转化为一个稀疏信号重构的问题,提出了一种新的宽带信号DOA估计算法。该算法将宽带信号分解为多个子带信号,联合利用多个子带信号的空域稀疏性进行重构。它是对用于稀疏重构的标准的稀疏贝叶斯学习算法的推广,可适用于多冗余字典的信号模型。另外,通过对多快拍的阵列接收信号进行奇异值分解(SVD),提取信号子空间作为算法的输入数据,可以在有效减少运算复杂度的同时,提高对噪声的稳健性。与传统的宽带阵列DOA估计方法相比,该算法能够用于低信噪比、快拍有限和信源相关性较高的场合,同时算法的性能对信源个数的估计值不太敏感。仿真实验表明,该算法相对现有的基于子空间类的方法,具有更好的DOA估计性能。