提高二维DOA估计分辨率的改进MUSIC算法_司伟建

阵元失效下稀疏阵列的二维DOA估计算法
司伟建;马万禹;姚璐;曲明超;梁义鲁
【期刊名称】《航空兵器》
【年(卷),期】2024(31)2
【摘要】本文针对二维稀疏阵列在阵元失效条件下,因数据缺失导致虚拟阵列连续性被破坏及自由度下降的问题,提出了一种二维DOA估计算法。

首先基于二维差分共阵构建虚拟阵列,然后利用解耦原子范数最小化理论,以矩阵填充的形式恢复协方差矩阵数据,实现对虚拟阵列中丢失虚拟阵元的内插,最后采用SS-MUSIC算法进行多信源的二维DOA估计。

所提方法弥补了物理阵元失效所造成的影响,恢复了原始虚拟阵列的完整孔径特性,保持了虚拟阵列的自由度,从而确保了较高精度的二维DOA估计性能。

仿真实验结果表明,在相同阵元数量及阵元失效情况下,本文提出的算法相比已有方法能有效地估计更多信源,并在小快拍数和低信噪比条件下表现出更高的稳健性,最大限度地保留并利用了稀疏阵列在二维DOA估计中的自由度优势。

【总页数】9页(P114-122)
【作者】司伟建;马万禹;姚璐;曲明超;梁义鲁
【作者单位】哈尔滨工程大学信息与通信工程学院;哈尔滨工程大学先进船舶通信与信息技术工业和信息化部重点实验室;江苏省新闻出版学校
【正文语种】中文
【中图分类】TJ765;TN911.7
【相关文献】
1.均匀圆阵部分阵元失效情况下的DOA估计方法
2.基于虚拟阵元内插的互质阵列目标DOD和DOA联合估计算法
3.互质阵列空洞中内插阵元的DOA估计算法
4.基于耦合张量分解的稀疏阵列二维DOA估计算法
5.一种基于平行稀疏阵列虚拟孔洞填充的二维DOA估计算法
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高性能空时二维角度估计改进算法陈晓航;张翔;马晓峰;盛卫星【期刊名称】《信号处理》【年(卷),期】2017(33)12【摘要】Jamming angle estimation is the fundamental issue of digital array radar for anti-jamming improvement.A new two-dimensional high-performance angle estimation algorithm based on space-time DOA matrix is proposed in this paper under the circumstance that the element spacing of digital array antenna is larger than half wavelength,which leads to phase ambiguity for large jamming angle.Firstly,the space-time DOA matrix is calculated and the eigenvalue decomposition is carried out.Then,the phase unwrapping of each estimated steering vector is performed respectively,which fully uses the matching characteristic between space-time matrix eigenvector and the wave-oriented vector.Finally,the least square solutions of each wave angle are obtained using a series of equations from the estimated steering vector.The phase ambiguity problem is solved by calculating the correlation between the steering vectors corresponding to the set of fuzzy solutions and the steering vectors obtained from estimation,and then choosing the maximum correlation value as the true solution.The simulation and experimental results of digital array antenna demonstrate that the proposed algorithm present higher angle measurement accuracy and more robust performancethan those of the space-time DOA matrix method.%干扰角度估计是数字阵列雷达抗干扰的基础,本文针对实际数字阵列天线阵元间距大于半波长导致大角度估计时阵元相位出现模糊问题,提出一种新的基于时空DOA矩阵的多目标高性能二维角度估计算法.该算法首先计算时空DOA矩阵并进行特征值分解,接着利用空时矩阵特征向量与来波导向矢量匹配特性,对估计得到的各导向矢量分别进行相位解模糊,进而利用导向矢量联立方程组,得到各来波角度信息的最小二乘解.相位解模糊过程主要通过计算多组模糊解对应的导向矢量与实际估计得到的导向矢量的相关性,选取相关值最大的一组模糊解作为真实解来实现.仿真与数字阵列天线实测结果表明,与时空DOA矩阵法相比,本文算法具有更高的测角精度和更加稳健的输出性能.【总页数】7页(P1548-1554)【作者】陈晓航;张翔;马晓峰;盛卫星【作者单位】南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏南京210094;上海航天无线电设备研究所,上海200090;南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏南京210094;南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏南京210094【正文语种】中文【中图分类】TN911.7【相关文献】1.面阵二维角度估计的RELAX算法 [J], 杨雪亚;刘张林2.一种新的二维角度估计的高分辨算法 [J], 杨雪亚;陈伯孝3.协作通信中一种高性能空时二维RAKE接收算法 [J], 李东武;裴昌幸;何先灯;孟云亮4.基于改进三线性分解的单基地十字阵MIMO 雷达二维角度估计 [J], 杨康;贾爱梅5.矢量阵MIMO雷达二维角度估计算法 [J], 樊劲宇;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

MUSIC改进算法在DOA估计中的研究的开题报告一、选题背景和意义DOA（Direction of Arrival）估计是一种广泛应用于无线通信、雷达、声源定位等领域的重要技术。

它通过接收多个信号源的信号，利用不同的算法来计算出这些信号源的方向，从而实现对信号源的定位。

MUSIC (Multiple Signal Classification)算法是一种基于特征值分解的参数估计方法，该算法准确性高，且对信号源数量没有限制。

然而，MUSIC算法对噪声敏感，当噪声较大时，DOA估计的精准度会降低。

因此，本研究将探究在DOA估计中，如何通过改进MUSIC算法来提高估计的精准度和鲁棒性。

二、研究内容和方法1. 学习MUSIC算法以及其应用于DOA估计的原理和流程，包括信号模型、空间频谱估计和解谱求解等部分。

2. 分析MUSIC算法在DOA估计中的局限性，主要是对噪声的敏感问题的原因和影响。

3. 提出改进MUSIC算法的策略，并实现新的算法。

具体的改进策略包括对空间谱噪声对齐、噪声协方差估计和多步加权平均等部分的改进。

4. 对改进算法和原MUSIC算法进行比较试验，包括模拟实验和实际数据采集实验。

通过性能指标（如均方误差、估计成功率等）来评价改进算法的性能。

三、研究计划和预期成果1. 第一阶段（1-2周）：学习和掌握MUSIC算法以及DOA估计的基本原理和方法，熟悉现有的改进MUSIC算法的相关研究和文献。

2. 第二阶段（2-3周）：分析MUSIC算法在DOA估计中存在的问题，并提出改进策略，初步实现改进算法的程序代码。

3. 第三阶段（4-5周）：进一步完善改进算法的实现，包括优化算法代码和设计合适的实验方案。

4. 第四阶段（1周）：结果分析和讨论，撰写研究报告，准备展示PPT。

预期成果：改进后的算法与原MUSIC算法相比，精确度和鲁棒性均有所提高。

研究报告应包括文献综述、算法改进和模拟实验、实际数据采集和分析、结论和展望等部分。

空间角度相近多干扰源DOA估计王强;张永顺;司文涛【摘要】针对空间角度相近多个干扰源DOA估计时,经典MUSIC算法估计性能与分辨效果不佳的问题,提出了一种改进的MUSIC算法.该算法利用干扰与目标回波信号的特征,划分出干扰子空间、信号与噪声子空间,重新构造了空间谱函数.通过对经典MUSIC算法与改进的MUSIC算法DOA估计的仿真分析,结果表明,在小快拍数、多干扰源空间角度相近、低信干比的情况下,改进的MUSIC算法估计性能与分辨精度更佳.【期刊名称】《现代防御技术》【年(卷),期】2015(043)001【总页数】5页(P120-123,134)【关键词】多干扰源;DOA估计;MUSIC算法【作者】王强;张永顺;司文涛【作者单位】空军工程大学防空反导学院,陕西西安710051;空军工程大学防空反导学院,陕西西安710051;空军工程大学防空反导学院,陕西西安710051【正文语种】中文【中图分类】TN973随着科技的迅猛发展，现代战场电磁干扰变得日益复杂，对雷达天线实施主瓣干扰已变得可能。

主瓣干扰的一大特征是干扰机同目标空间方位分离度小，倘若进入接收主波束内的干扰源方向未知，将使得雷达从信号处理角度实施主瓣干扰抑制，变得更加困难。

对于主瓣内存在单个干扰源，即使方向未知，因其强度远大于目标回波信号与噪声的强度，利用简单的空间谱估计方法(最小方差法)就能获取方向信息。

然而对于主瓣内存在多个干扰源，尤其是天线波束为针状波束的情况，干扰源之间空间方位相差甚微。

就经典的DOA(direction of arrival)估计算法——MUSIC(multiple signal classification)算法而言，估计性能与分辨率均显著变差，影响到主瓣内干扰源个数的确定[1-2]。

结合文献[3]中提到的多基地雷达联合信息处理抗主瓣干扰方法，该方法能够不抑制目标回波而实现主瓣干扰。

但前提条件是接收站的个数至少比干扰源的个数多1个。

基于降维处理的MUSIC二维DOA估计算法
张铁峰;吉波
【期刊名称】《现代导航》
【年(卷),期】2018(009)003
【摘要】针对MUSIC(多重信号分类法)估计方法实现二维DOA(波达方向)估计的计算量大且遍历搜索耗时的问题,给出了一种基于降维处理的MUSIC算法.该算法无需进行二维谱峰值搜索.该算法利用二次优化方法将二维DOA估计分解为一维DOA估计,先通过一维MUSIC估计获得信号与x轴夹角,再利用最小二乘算法估计获得信号与y轴夹角.最后利用角度关系式得到信号的二维DOA估计值.该算法的复杂和搜索范围都大大降低,仿真表明,该算法具有较好的角度估计效果.
【总页数】4页(P196-199)
【作者】张铁峰;吉波
【作者单位】中国电子科技集团公司第二十研究所,西安 710068;中国人民解放军驻210所军事代表室,西安 710065
【正文语种】中文
【中图分类】TN957
【相关文献】
1.线阵中基于降维 NC－MUSIC 的非圆信号 DOA 估计算法 [J], 孙华普;郑旺;吕卫华;张小飞
2.基于MUSIC算法的二维DOA估计的性能分析 [J], 刁鸣;王月瑜;司锡才
3.基于改进MUSIC算法的二维DOA估计方法 [J], 苏淑靖;颜景龙;马维贤
4.基于降维Capon的相干信号二维DOA估计算法 [J], 刘亚宁;张秦;郑桂妹
5.阵列误差条件下基于INI-MUSIC算法的二维DOA估计 [J], 窦慧晶;杨帆;肖子恒;孙璐
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L阵基于降维MUSIC的二维DOA与频率估计徐乐;吴日恒;张小飞【摘要】提出了一种L阵中基于降维多重信号分类(reduced-dimensional multiple signal classification,RD-MUSIC)的二维波达方向(two dimensional direction of arrival,2D-DOA)与频率联合估计算法.该算法首先通过一维局部谱峰搜索得到接收信号频率的估计,然后利用频率估计过程中得到的参数矩阵,获得信号的2D-DOA估计.与需要进行多维全局搜索的传统MUSIC算法相比,所提算法只需一维局部搜索,算法复杂度较低.该算法同时适用于均匀L阵和非均匀L阵,且能获得配对的二维角度与频率估计.其角度与频率估计性能接近于传统的MUSIC算法以及平行因子方法,且优于借助旋转不变性估计信号参数算法和传播算子算法.【期刊名称】《系统工程与电子技术》【年(卷),期】2019(041)001【总页数】8页(P1-8)【关键词】L阵;波达方向;降维多重信号分类;频率【作者】徐乐;吴日恒;张小飞【作者单位】南京航空航天大学电子信息工程学院,江苏南京211100;烟台大学文经学院信息工程系,山东烟台264005;南京航空航天大学电子信息工程学院,江苏南京211100【正文语种】中文【中图分类】TN911.70 引言近年来,阵列信号处理在雷达、声呐、无线通信等多个领域得到了迅速的发展[1-3],而接收信号多参数联合估计作为阵列信号处理中的一个重要的研究方向,也受到了相关学者们的广泛关注。

阵列接收信号通常包含有波达方向(direction of arrival, DOA)、多普勒频率等信息,如何准确地从接收信号中得到这些参数的联合估计,已成为阵列信号处理算法研究的热点。

近年来,国内外学者已经提出了许多关于接收信号DOA与频率联合估计的算法[4-12]。

其中,文献[4]利用传统的多重信号分类(multiple signal classification, MUSIC)方法,实现了接收信号角度与频率联合估计。

基于级联 MUSIC 的面阵中的二维 DOA 估计算法蒋驰;张小飞;张立岑【期刊名称】《系统工程与电子技术》【年(卷),期】2016(38)2【摘要】The problem of two-dimensional (2D)direction of arrival (DOA)estimation for planar array is discussed,and a successive multiple signal classification (MUSIC)algorithm therein is proposed.The proposed algorithm uses successive one-dimensional searches to achieve the joint estimation of 2D DOA.The proposed al-gorithm which requires the one-dimension local searches can avoid the high computational cost within the classi-cal 2D-MUSIC algorithm,and its estimation performance is close to the classical 2D-MUSIC algorithm perfor-mance.The proposed algorithm can obtain automatically-paired 2D DOA estimation for planar array,and it has better DOA estimation performance than the propagator method (PM)and estimation of signal parameters via the rotational invariance technique algorithm.Furthermore,it works well for the sources with the same azimuth (or elevation).Combined with high performance and low complexity,the proposed algorithm has a broader ap-plicationscope.Simulation results verify the usefulness of the proposed algorithm.%提出了适用于面阵中的基于级联多重信号分类（multiple signal classification，MUSIC）方法的二维波达方向（direction of arrival，DOA）估计算法。

基于维度特性的二维到达角及极化参量联合估计算法吴娜;司伟建;焦淑红【摘要】Joint estimation of DOA and polarization with a polarization sensitive array has the shortcoming of high computational complexity . In order to solve this problem , a direction of arrival ( DOA) and polarization joint estimation algorithm based on dimension feature of the noise-subspace using polarization sensitive array was proposed .Approximation of projection matrix was obtained for construction of spectrum function by dimension feature of noise subspace , which reduces computational complexity of DOA and polarization joint estimation algorithm but also guarantees estimation performance .Ccomputational complexity of the algorithm was compared with that of long vector -based MUSIC algorithm.Finally, efficiency of the proposed algorithm was verified based on the simulation results .%针对利用极化敏感阵列进行多维参数联合估计运算复杂度大的问题，提出一种基于噪声子空间维度特性的极化敏感阵列DOA及极化参数联合估计算法。

基于MUSIC算法的L型阵列MIMO雷达降维DOA估计王伟;王晓萌;李欣;陈广
【期刊名称】《电子与信息学报》
【年(卷),期】2014(36)8
【摘要】该文提出一种基于MUSIC算法的L型阵列多输入多输出雷达降维波达方向(DOA)估计算法.该算法首先针对L型阵列导向矢量的结构,构造出一个降维矩阵,将回波信号转换到低维空间.然后利用二次优化方法将2维DOA估计分解为两个1维DOA估计.最后利用MUSIC空间谱估计其中1维角度,并利用求得的角度回代谱函数,对另1维角度进行求根估计.该算法将2维空间谱搜索降为1维搜索,极大地降低了运算复杂度.理论分析和仿真结果验证了该算法的准确性和可行性.【总页数】6页(P1954-1959)
【作者】王伟;王晓萌;李欣;陈广
【作者单位】哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨150001;哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨150001;哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨150001;哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨150001
【正文语种】中文
【中图分类】TN958
【相关文献】
1.基于ESPRIT算法的十字型阵列MIMO雷达降维DOA估计 [J], 梁浩;崔琛;余剑
2.基于ESPRIT算法的L型阵列MIMO雷达降维DOA估计 [J],
3.基于稀疏重构的L型阵列MIMO雷达降维DOA估计 [J], 梁浩;崔琛;代林;余剑
4.基于阵列流型盲辨识的MIMO雷达二维DOD和二维DOA联合估计 [J], 陈显舟;杨旭;方海;白琳;陈周
5.双基地展开互质阵列MIMO雷达DOD、DOA降维估计算法 [J], 周围;王强;唐俊;张维
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极化敏感阵列的DOA及极化参数降维估计算法曾富红;曲志昱;司伟建【摘要】为解决极化MUSIC算法运算量大的问题,提出了一种适用于极化敏感阵列的秩亏损MUSIC算法.在极化MUSIC算法的基础上,通过运用矩阵秩亏损原理将谱函数进行降维优化成只与空域参数相关的二维谱函数,大大降低了谱峰搜索过程中的运算量,同时保证了波达方向(DOA)估计精度.在获得入射信号的DOA之后,通过公式可直接计算得到入射信号的极化参数,具有较低的运算量.通过仿真实验可以验证秩亏损MUSIC算法存在着较高的估计精度,并通过将其与极化MUSIC算法的计算复杂度进行对比,可以发现秩亏损MUSIC算法具有较好的实时性,在入射信号相同并含有极化信息的条件下,秩亏损MUSIC算法的计算复杂度相较于极化MUSIC算法降低了104数量级.%To solve the problem that polarization MUSIC algorithm has large computational complexity, a rank loss MUSIC algorithm suitable for polarization sensitive array was proposed.On the basis of polarization MUSIC algorithm, using the principle of matrix rank loss to reduce the dimensionality of the spectral function to two-dimensional spectral function related to the airspace parameters, the computation significantly was decreased but also guarantees the direction of arrival(DOA) estimation accuracy.After getting the DOA of the incident signal, the polarization parameters can be directly calculated by formula which has low computational complexity.Simulation results show that the proposed algorithm has high estimation precision.The proposed algorithm has better real-time performance compared with that polarization MUSIC algorithm.【期刊名称】《应用科技》【年(卷),期】2017(044)003【总页数】5页(P39-42,90)【关键词】DOA估计;极化敏感阵列;极化MUSIC算法;秩亏损MUSIC算法;降维优化;实时性;估计精度【作者】曾富红;曲志昱;司伟建【作者单位】哈尔滨工程大学信息与通信工程学院,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学信息与通信工程学院,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学信息与通信工程学院,黑龙江哈尔滨 150001【正文语种】中文【中图分类】TN911.7电磁波的极化特征是除信号幅度、相位、频率和波形等信息外，另一个可以利用的重要特征信息。

二维Root-MUSIC算法的快速实现方法
王学猛;王斌
【期刊名称】《声学技术》
【年(卷),期】2011(30)6
【摘要】目前实际测向系统中所需DSP数目较多,系统设计较复杂,测向时效性不足。

针对于此,基于一种改进的二维DOA估计算法—2D FD-Root-MUSIC算法,研究了在FPGA+DSP平台上快速实现DOA估计。

首先介绍了数据的量化误差及分析,给出了算法的定点编程实现流程,然后对浮点数据进行量化仿真,确定算法在硬件中的定点位数,最后通过对浮点数据进行量化仿真的结果,设计了协方差矩阵、噪声子空间、谱值及FFT的定点计算结构,并分析了各单元运算速度及资源量。

仿真结果表明,改进算法经过并行化处理后,实现速度可有效加快。

【总页数】5页(P542-546)
【关键词】波达方向估计;2D;FD;Root-MUSIC;快速实现
【作者】王学猛;王斌
【作者单位】信息工程大学信息工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN911
【相关文献】
1.多子阵波束域Root-MUSIC算法并行处理实现方法 [J], 刘千里
2.SαS分布噪声环境下高分辨率二维DOA估计算法及快速实现 [J], 陈媛;刘金磊;
孙奇福;阳小龙;于尧
3.GPU平台二维快速傅里叶变换算法实现及应用 [J], 张全;鲍华;饶长辉;彭真明
4.采用二维 Otsu 直方图斜分快速算法实现方式的改进 [J], 钱卫星;黄丽亚
5.不完全LU分解预条件BICGSTAB算法实现感应测井二维FDFD快速正演模拟[J], 熊杰;邹长春;孟小红
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修正的MUSIC算法在相干信源DOA估计中的应用
赵世峰;田梅
【期刊名称】《现代电子技术》
【年(卷),期】2007(30)9
【摘要】引用了两种修正相关矩阵最大似然(ML)估计的方法对MUSIC算法进行优化,对相干信源的波达方向(DOA)进行估计.前向空间平滑算法要求阵列的平移不变性,将阵列划分为若干相互交叠的子阵;前向-后向空间平滑要求阵列的旋转不变性,应用了相关矩阵的倒置矩阵.两种方法均可以修正阵列接收信号的相关矩阵的最大似然估计,使之满足MU-SIC算法的前提条件.计算机仿真证明两种算法改善了传统的MUSIC算法对相干信源进行DOA估计的性能,前向-后向空间平滑算法作出了比较准确地估计.
【总页数】3页(P14-15,18)
【作者】赵世峰;田梅
【作者单位】长安大学信息工程学院,陕西西安,710064;长安大学信息工程学院,陕西西安,710064
【正文语种】中文
【中图分类】TN953
【相关文献】
1.基于均匀圆阵相干信源DOA估计的改进MUSIC算法 [J], 朱莉;张国权;王光明
2.基于虚拟阵列改进MUSIC算法的相干信源DoA估计 [J], 付淑娟;景小荣;张祖
凡;张永杰
3.相干信源DOA估计修正ESPRIT算法研究 [J], 王曹莉;樊养余
4.MUSIC算法与空间平滑类算法对相干信源DOA估计比较 [J], 段维;舒勤
5.基于混合型MUSIC算法对相干信源DOA估计 [J], 张权; 李思敏; 唐智灵
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