基于快速平行因子分解的声矢量传感器阵二维DOA估计

将声矢量传感器阵列参数估计问题与平行因子(Parallel factor,PARAFAC)模型相结合,提出了一种基于快速PARAFAC分解的二维波达方向(Direction of arrival,DOA)估计算法。该算法首先将接收信号构建为PARAFAC模型,然后在数据域对参数矩阵进行初估计,最后利用PARAFAC分解获得信号二维DOA估计。该算法能够应用于任意结构的声矢量传感器阵列,同时能够得到和信源一一匹配的仰角和方位角估计。借助于参数矩阵的初始估计,所提算法收敛速度较快,其计算复杂度大大降低。该算法角度估计性能接近于PARAFAC算法,同时优于借助旋转不变性进行信号参数估计(Estimation of signal parameters via rotational invariance technique,ESPRIT)算法和传播算子(Propagator method,PM)算法。     

互质阵中空间谱估计研究进展

阵列信号处理技术是信号处理领域一个重要分支,广泛应用于雷达、声呐、水电天文等领域。空间谱估计是阵列信号处理中一个主要研究热点,为了避免角度模糊,要求阵元间距要小于等于载波波长的一半。互质阵突破半波长的限制,其阵元间距一般大于半波长。因此,互质阵能够在阵元数固定的情况下,获得更大的阵列孔径。互质阵空间谱估计算法可以利用互质特性辨识目标源,且能够获得更高的测向精度与分辨率。互质阵空间谱估计研究逐渐成为当今阵列信号处理领域的热点。本文总结了互质线阵与互质面阵下的空间谱估计的研究进展,分析了互质阵列相对于普通均匀阵列在阵列孔径扩展以及提高空间自由方面的优势。仿真结果展现了互质阵下高效的波达方向估计性能。     

多径信道中多用户检测和DOA估计联合处理方法

提出了一种基于三线性模型的多径信道中多用户检测和波达方向(Directionofarrival,DOA)估计联合处理方法。对阵列接收到的信号分析表明,阵列接收信号具有三线性模型特征。在分析单径信道中的三线性模型的基础上,研究了多径信道中阵列接收信号三线性模型,提出了一种改进的三线性交替最小二乘(Improvedtrilinearalternatingleastsquare,ITALS)算法,它可对多用户检测和DOA估计进行联合处理。该算法利用方向矩阵的Vandermonde特征、基于最小二乘法对方向矩阵进行重构和DOA估计。仿真结果说明,该方法具有较好的误码率性能、较快的收敛性能和精确的DOA估计性能。当DOA靠近90°时,DOA估计性能下降。     

一种非均匀环境中鲁棒的STAP算法

针对非均匀环境对STAP性能的影响,提出了一种新的结构化STAP算法:首先根据已知的杂波结构、系统参数直接构造杂噪协方差矩阵,再根据样本对其结构进行自适应调整,并由调整后的矩阵构造最终的空时权矢量.由于协方差矩阵并不由训练样本直接估计构成,此算法在实际处理中受各种非均匀现象的影响极小.三通道机载雷达实测数据处理结果表明,此算法在实际环境中,具有良好的检测性能,是一种非均匀环境中鲁棒的STAP技术.     

互耦补偿的神经网络算法用于均匀圆阵波达方向估计

径向基函数神经网络方法在阵列信号处理中得到广泛应用。但是，阵列天线单元间耦合对基函数中心的影响会降低波达方向估计的精度，因此有必要对神经网络的输入数据进行互耦补偿，以生成正确的基函数中心。本文首先利用矩量法计算天线阵的广义阻抗矩阵，再使用直接数据域算法对神经网络的训练数据进行互耦补偿，神经网络训练完成后，神经网络用于实现波达方向估计。仿真结果表明，神经网络算法和直接数据域算法结合具有补偿效果好，计算量小的特点。     

一种STBC-OFDM系统中的盲和半盲信道估计

针对尾部补零(Zero padd ing,ZP)的空时分组编码正交频分复用(Space-tim e b lock cod ing orthogona l fre-quency d iv is ion m u ltip lex ing,STBC-OFDM)系统,提出了一种基于子空间分解的信道估计算法。首先利用STBC的编码结构和OFDM信号中由ZP和虚载波(V irtua l carrier,VC)引入的冗余,推导了该算法的盲估计形式,然后对其可辨识性进行了理论分析,证明了该盲方法可以在一个标量因子模糊度的意义上辨识出多个信道的冲激响应。通过结合使用导频信息形成半盲算法,可以消除模糊度。仿真结果表明,该算法的信道估计准确度较高,可以有效地跟踪衰落信道,在低信噪比时性能良好。     

基于有色载入技术的天基雷达信号处理方法

为了消除天基监视雷达非稳态杂波图景的影响,文中讨论一种利用有色载入（Colored-loading,CL）技术计算杂波协方差矩阵的空-时自适应处理（Space-time adaptive processing,STAP）方法。首先根据先前相干处理间隔（Coherent process interval,CPI）立体数据和先验知识,对杂波区域分块定位。并根据最大似然估计准则,估计各杂波块回波强度。对杂波回波强度进行归一化,并在多个CPI上取平均,得到杂波反射特性地图。结合该地图和先验知识,计算当前CPI的杂波协方差修正矩阵,将该修正矩阵有色载入当前CPI的杂波协方差矩阵,并对有色载入后的协方差矩阵进行主要特征值分析和重构。仿真结果表明,在天基雷达杂波环境中,该知识辅助CLSTAP算法远优于传统的滑窗处理（Sliding window processing,SWP）STAP算法性能,且与理想STAP算法的性能接近。     

非线性调频信号参数估计算法

分析了非线性调频（NLFM）信号参数估计问题，提出了利用二次相位差分使相位降阶，使NLFM信号的参数估计转化为成熟的正弦波频率估计，而NLFM信号参数估计算法从三维搜索简化为三次一维搜索，既减少了计算复杂度，又有利于工程实现；另外从正弦波频率估计问题出发推导出对信号参数α3估计的最佳相关延迟量为2T/7,向时还考虑了延迟相关对信号信噪比的影响，发现一次延迟相关信号信噪比至少下降3dB，两次延迟相关至少下降7dB，而且信噪比越小，下降越多，因此该算法适用于高信噪比条件，仿真结果表明，该算法在较高的信噪比条件（RSN＞2dB)下具有较好的性能。     

基于频偏校正的正弦波频率估计算法

提出了一种新的正弦信号频率估计方法。利用FFT对信号频率作粗估计,然后对原信号下变频至基带。对基带信号作相位差分,估计频偏。最后对粗估计进行频率校正,使估计性能得到提高。在整个频段上该方法与R ife算法性能互补,在此基础上又提出了综合方法。仿真结果表明,该频率校正算法实现简单,运算量小,且性能不随被估计信号的频率分布而产生波动,在适度信噪比条件下均方根误差小于1.5倍的CRLB,具有广阔的应用前景。     

A Real-Valued 2D DOA Estimation Algorithm of Noncircular Signal via Euler Transformation and Rotational Invariance Property

The problem of two-dimensional(2 D)direction of arrival(DOA)estimation for double parallel uniform linear arrays is investigated in this paper.A real-valued DOA estimation algorithm of noncircular(NC)signal is proposed,which combines the Euler transformation and rotational invariance(RI)property between subarrays.In this work,the effective array aperture is doubled by exploiting the noncircularity of signals.The complex arithmetic is converted to real arithmetic via Euler transformation.The main contribution of this work is not only extending the NC-Euler-ESPRIT algorithm from uniform linear array to double parallel uniform linear arrays,but also constructing a new 2 Drotational invariance property between subarrays,which is more complex than that in NCEuler-ESPRIT algorithm.The proposed 2 DNC-Euler-RI algorithm has much lower computational complexity than2 DNC-ESPRIT algorithm.The proposed algorithm has better angle estimation performance than 2 DESPRIT algorithm and 2 D NC-PM algorithm for double parallel uniform linear arrays,and is very close to that of 2 D NC-ESPRIT algorithm.The elevation angles and azimuth angles can be obtained with automatically pairing.The proposed algorithm can estimate up to 2(M-1)sources,which is two times that of 2 D ESPRIT algorithm.Cramer-Rao bound(CRB)of noncircular signal is derived for the proposed algorithm.Computational complexity comparison is also analyzed.Finally,simulation results are presented to illustrate the effectiveness and usefulness of the proposed algorithm.     

Computationally Efficient MUSIC-Based Algorithm for Joint Direction of Arrival (DOA) and Doppler Frequency Estimation in Monostatic MIMO Radar

The problem of joint direction of arrival (DOA) and Doppler frequency estimation in monostatic multiple-input multiple-output (MIMO) radar is studied and a computationally efficient multiple signal classification (CE-MUSIC) algorithm is proposed.Conventional MUSIC algorithm for joint DOA and Doppler frequency estimation requires a large computational cost due to the two dimensional (2D) spectral peak searching.Aiming at this shortcoming,the proposed CE-MUSIC algorithm firstly uses a reduced-dimension transformation to reduce the subspace dimension and then obtains the estimates of DOA and Doppler frequency with only one-dimensional (1D) search.The proposed CE-MUSIC algorithm has much lower computational complexity and very close estimation performance when compared to conventional 2D-MUSIC algorithm.Furthermore,it outperforms estimation of signal parameters via rotational invariance technique (ESPRIT) algorithm.Meanwhile,the mean squared error (MSE) and Cramer-Rao bound (CRB) of joint DOA and Doppler frequency estimation are derived.Detailed simulation results illustrate the validity and improvement of the proposed algorithm.     

声矢量传感器阵中基于Kalman滤波和OPASTd的DOA跟踪算法

研究了声矢量传感器阵动目标角度跟踪问题,并提出了声矢量传感器阵中 一种基于Kalman滤波和正交压缩近似投影子空间跟踪(Orthonormal projection approximation and subspace tracking of deflation, OPASTd)的波达方向(Direction of arrival,DOA)跟踪算法。该算法通过OPASTd算法来进行DOA的跟踪,从而克服了PASTd算法由于在某些情况下振荡但不收敛进而压缩数据、在迭代更新中由特征向量的不准确性产生误差累积等原因引起破坏信号子空间正交性的缺陷。Kalman滤波和OPASTd相结合算法可在估计角度的同时进行数据关联,与传统的PASTd算法相比,角度跟踪性能更好。该算法的优越性均可在文中得到验证。     

基于粒子滤波和似然比的接收机自主完好性监测算法

由于粒子滤波算法在处理非线性系统非高斯噪声问题具有较大的优势,提出将粒子滤波算法与对数似然比方法有机结合应用于接收机自主完好性监测(Receiver autonomous integrity monitoring,RAIM)中。通过粒子滤波算法对状态进行精确估计,利用对数似然比建立一致性检验统计量进行故障检测。在建立全量累加对数似然比和部分累加对数似然比检验统计值的基础上,通过比较系统各状态累加对数似然比和检测阈值之间的关系,进而对卫星故障进行检测。对算法进行了数学建模,描述了RAIM算法流程。通过实测数据对提出的RAIM算法进行验证,结果表明:粒子滤波在非高斯测量噪声情况下可以对GPS接收机状态进行精确的估计,利用对数似然比建立的一致性检验统计量能有效地检测并隔离故障卫星,验证了该算法应用于接收机自主完好性监测的可行性和有效性。     

一种基于最大修正峰度的ISAR距离对准算法

距离对准是逆合成孔径雷达(ISAR)运动补偿的关键。本文提出了一种基于修正峰度的ISAR距离对准算法。首先对应用于离散信号序列的峰度定义进行了修正,然后以修正峰度衡量回波包络之间的对准程度,对距离偏移量进行搜索。当两回波和包络的修正峰度达到最大时,以此时的距离偏移量进行补偿,就可将回波对齐。分析表明该算法具有良好的抗闪烁性能和抗噪性能。实测ISAR数据验证了算法的有效性。结果表明,基于最大修正峰度的距离对准算法可以准确地估计出回波的距离偏移量,实现距离对准。     

捷联惯性航姿系统中的模糊内阻尼算法研究

舒勒周期振荡和傅科周期振荡会影响捷联惯性航姿系统的精度。本文将传统的平台内阻尼的思想引入到捷联惯性航姿系统中，通过设计水平回路中的三阶内阻尼网路，利用系统本身的速度信息来阻尼周期振荡。由于改变了舒拉调整条件，内阻尼算法只有在系统加速度较小的情况下才能使用。文中根据模糊理论对三轴加速度计的输出分析系统运动状态，判别是否能够使用内阻尼网路。仿真和实验证明，模糊内阻尼算法明显抑制了舒勒周期振荡和傅科周期振荡，有效提高了捷联惯性航姿系统精度。     

双平行线阵中基于Euler变换传播算子的二维DOA估计算法

考虑双平行线阵中非圆信号二维波达方向 (Direction of arrival,DOA) 估计问题,提出了一种基于Euler变换传播算子（Propagator method,PM）的二维DOA 估计算法。该算法利用非圆信号的特性,扩展了接收数据矩阵,使得角度估计性能优于二维PM算法。同时采用Euler变换把非圆PM算法中的复数运算转换为实数运算,降低计算复杂度,角度估计性能逼近非圆PM算法。该算法可以实现二维角度的自动配对,与传统PM算法相比,可同时估计出更多的信源。该算法的优越性均可在文中得到验证。     

广义镜象变换及其在信号特征分析中的应用

本文首先介绍了镜象变换及其性质,并将其推广到复数空间中去,引出了广义镜象变换。广义镜象变换保留着镜象变换的主要特性。然后利用广义镜象变换提出了一种信号特征分析的新算法,即广义镜象变换-QR算法。它包括两大步骤:(1)利用广义镜象变换将Hermite阵化为实对称三对角阵。(2)利用带位移的QR方法求实对称三对角阵的特征值。文中给出了上述算法的详细流程。该算法具有收敛速度快和数值稳定的优点。我们将上述方法用于噪声中信号个数的估计问题,给出了Monte-Carlo模拟结果,验证了所述算法的有效性。在模拟实验中,假定天线阵为均匀线性阵,信号源为两个独立的等功率源,目标模型为Swerling Ⅱ,噪声为空间白色的和高斯的。干扰协方差阵由参考噪声样本估计得到。     

Gradient Descent Algorithm for Small UAV Parameter Estimation System

A gradient descent algorithm with adjustable parameter for attitude estimation is developed,aiming at the attitude measurement for small unmanned aerial vehicle(UAV)in real-time flight conditions.The accelerometer and magnetometer are introduced to construct an error equation with the gyros,thus the drifting characteristics of gyroscope can be compensated by solving the error equation utilized by the gradient descent algorithm.Performance of the presented algorithm is evaluated using a self-proposed micro-electro-mechanical system(MEMS)based attitude heading reference system which is mounted on a tri-axis turntable.The on-ground,turntable and flight experiments indicate that the estimation attitude has a good accuracy.Also,the presented system is compared with an open-source flight control system which runs extended Kalman filter(EKF),and the results show that the attitude control system using the gradient descent method can estimate the attitudes for UAV effectively.     

耦合传导/辐射情况下的传热系数和表面热流辨识

耦合传导/辐射情况下的传热参数和表面热流辨识问题是一类特殊的传热逆问题,在工程上应用较广。本文首先建立了耦合传导/辐射的传热问题的数值方法,进行了算例验证。然后分别建立了同时辨识材料热物性参数和辐射吸收系数的算法、辨识非稳态表面热流密度的算法;分析了测点位置、测量误差、辐射吸收系数对辨识结果的影响。结果表明:同时辨识材料热物性参数和辐射吸收系数时,利用右端测点的温度辨识出热传导系数值的精度较高,利用中间测点温度辨识出的辐射吸收特性系数值精度较高。对于表面热流的辨识,测点越靠近加热面,辨识结果的精度越高;吸收系数对中间测点的辨识结果影响大于其他位置测点的辨识结果。