高精度双并用系数估计适配波束

抽象性

此处建议高精度双联系数估计法比传统算法更适合自适应波束根据设计转换矩阵和信号之间的关系, 算法建议选择与高功率信号相对应的转换矩阵高精度组合系数估计使用所选过渡矩阵估计获取,当期望信号对噪比低并相对强自适应波束与未知相联时,可产生相对良好的双联系数估计精度模拟结果证明拟议方法有效

开工导 言

信号处理技术,如进取方向和强适波束化技术已被广泛用于雷达、声纳和通信等[一号-7..作为一种数组错误,相互联动严重影响各种信号处理算法的性能8-11..为了避免相互联动的影响,建议中子集法12最大间距约束数组设计13..此外,还提出了多项算法校准相互联动双联通矩阵可建模成带对称Teplitz矩阵以划一线性阵列,建议子空基方法14第四级积分法15..此外,建议基于采样共变矩阵egendecommation的迭代自校算法校准未知相联性,因为MCM在UCA中拥有复杂对称圆Toeplitz结构16..此外,DOA联合估计并联ULA多输入多输出雷达17..基于[16参数估计法取向并发18号..MSB方法降低了数组自由度,而MSB数组复杂结构增加了信号处理难度,子空间法则在[14构造高维矩阵和算法16,18号都需要一个迭代过程减计算复杂性估计双联通时,建议用两个低复杂性算法面向依赖双联通和面向自主互联通19号,20码.....

提高自适应波束强健性 并存未知相联法中子数组重构法21号中建议22号..MSRB方法需要大数组孔径高性能类似地,信号引导矢量与未知相联使用MC具体结构校准,而新波束则通过对角加载波束与理想信号引导矢量估计合并求取11..为了减少计算负载,子空间+重构波束设计方法集子空间相联系数估计法14和ING重构设计10..很显然算法建议20码可用设计波纹器进一步减少计算负载算法建议20码无法获取高精度相联系数时信号间有高功率差,因为子空间法精度与信号对噪比正相关

为提高自适应波束对未知相联性,拟用子空间算法估计双联波系数并设计新适应波束不同于算法20码过程选择数个合适的过渡矩阵并计算逆向估计一组过渡矩阵后,我们选择与最大光谱峰值相对应的过渡矩阵估计双联系数矢量和MCM信号引导向量与估计MCM校准最后,通过合并估计MCM和INCM重建,我们建议使用新颖适应波束算法模拟显示,与数种现有方法相比,提议的双联估计法估计精度更高,特别是在SNR数信号差的情况下。设计波束比现有波束更强联动

二叉信号模式

假设ULA 传感器受冲 窄带非焦量信号 噪声是添加白高斯噪声假设信号和噪声从统计学上独立取向自联动效果考虑时 接收快照 时分表示 去哪儿 并 立方公尺 向量信号和噪声 算法 信号DA 并 相对应复合信封和方向向量 表示MCM,它可以仿制成带对称Teplitz矩阵ULA,因为元素间相联系数与距离成反比总的来说,我们假设,当两个元素间距超过间距时,互联系数变为零 ;并发系数向量和MCM可定义为 去哪儿 并 .

回想方程中一号变量矩阵 可提供 去哪儿 并 表示期望和并发转换 表示多矩阵 等式信号矩阵 即权 信号 即噪声电源 身份矩阵

在实践中,采样同差矩阵通常替代同差矩阵和采样同差矩阵 可表示为 去哪儿 表示快照数后egendeco ,可获取 去哪儿 指导矩阵 表示相应的egenvalue矩阵 并 双向矩阵包含 大元值和剩余小元值 并 egenvict矩阵泛泛地说 称信号子空间 称噪子空间况且 可横跨信号子空间

举例说,当DOA估计使用子空间算法计算时,通常使用下文显示的空间光谱函数13:

显而易见,如果MC未知,光谱峰值与信号的真正DOA不匹配 正交 ,不对 .即,如果 可估计,然后DOA信号可估计

3级算法建议

3.1.双迭系数估计

显示带对称托普利茨MC结构 ,可获取19号万事通 去哪儿 去哪儿

基础对齐 和噪子空间 ,可获取

回想方程7)和(b)10可重写为 去哪儿 是一个过渡矩阵并定义为 中位数 矩阵尺寸小于[过渡矩阵尺寸小11,13..

何时 , 泛泛非像素矩阵 自列 并 系 并 ,互斥if DA事件信号 单矩阵判断值为023号..何时 单矩阵查找方程11)持有和 向导矩阵 自定义零 非零向量也就是说 自由度建议算法 .

即双联系数向量 可估计 去哪儿 表示最小igenvale对应 ,并 位首项 .

FromEquation12),我们可以发现矩阵 可很容易由已知事件信号DOA计算,但DOA未知因此,我们搭建一个新的光谱函数 去哪儿 表示矩阵的决定因素终于 自第一次光谱峰搜索 峰值对应 .

噪声子空间由采样共变矩阵估计,信号向量和信号子空间之间的关联随着SNR的增加而提高即随着SNR增长,信号和噪声子空间的正交式性变得更加明显即低SNR信号向量和噪声子空间可能不正交 去哪儿 表示DOA对应信号低SNR

此外,我们可以获取

与众不同 非矩阵生成器 .换句话说,如果有两种信号,一种高SNR信号,另一种低SNR信号,如干扰信号和期望信号同时发生数组事件,估计精度在等分法时下降(13)和(b)14)用于估计相联系数在这种情况下,我们只能eigecom 对应最大峰值方程15)!因此估计 可提供 去哪儿 指向矩阵最小igen值 ,并 位首项 .

很明显,多事件SNR相似时使用方程18号估计相联系数出错然而,在大多数情况下事件信号SNR并不一样举例说,在RAB中,由于同时存在干扰信号和期望信号,使用方程系数估计精度更高18号)比使用方程13)和(b)14)

3.2适配波束与未知互包

基于方程18号时有期望信号 干扰信号 接收数据可标定 去哪儿 , , 方向期望信号 对应信号复合信封

回想方程中3中变量矩阵可重写

异常点,在接收数据校准后,噪声共变矩阵不再 中位数 ;白高斯噪声变非白高斯噪声 严重影响波浪性能因此,我们补偿 获取 去哪儿 噪声功率估计值可表示为 去哪儿 高山市 )递减顺序为样本共变矩阵的igen值 .类似地 由提供

并重构INM24码万事通 去哪儿 aqual加载因子集以进一步减少非white高斯噪声和 可计算为

最小差异响应原理下,权向量通常表示为[25码万事通 去哪儿 表示理想INCM互不关联

使用 替代 产值

方程11)无法使用估计MC ,自 单矩阵 .即拟议算法DOF有限用于固定ULA

设计波段主计算负载由估计相联系数产生估计相联系数过程由两部分组成:一是光谱函数构造,二是光谱峰值搜索因此,计算拟方法约加载 ,去哪儿 归结光谱函数构造 因光谱峰值搜索 光谱峰搜索数

换句话说,拟议的波束可归纳如下:

步骤1.估计同差矩阵 方程使用4并使用等分法egendecom5)

步骤2.构造变换矩阵和过渡矩阵使用方程7)和(b)12),并二选一

步骤3.估计过渡矩阵 对应最高SNR信号搜索方程最高峰值15并用方程估计相联系数向量18号)

步骤4.重构INCM方法包括校准接收数据并用方程补偿校准误差24码)

步骤5.使用方程计算权值27号)

4级模拟

本节使用数例模拟验证拟议算法的有效性和优越性ULA带 空格半波长分离使用元素中的添加噪声按空间和时间独立复合高斯噪声建模,无均值和单元差并发系数向量

前次分析显示,迭代算法和两种子空基方法不迭代选择比较,三种算法称为辽法14ibir方法18号和温方法20码..每一次试验中角段数选择为12 以Elbir方法并发系数真实和虚构部分的Cramer-Rao绑定用模拟提供注意计算CRB26并修改CRB对应 真实和虚构部分 并发系数

实例1期望信号方向和二次干扰假设分别为10摄氏度、20摄氏度和40摄氏度,相应的SNR和干扰噪声比分别定为10摄氏度和40摄氏度照片数为500 并运行100MonteCarlo在这次实验中,对双联系数估计结果表列一号单次运行方法高精度成功估计所有共生系数图一号显示根均方差(RMSE)所有相联系数与SNR和快照数的实际和虚构部分,RMSE计算 去哪儿 表示MonteCarlo运算数 表示真实或虚构部分 ,并 表示估计值 中 Th审判

图1(a)RMSE值估计所有相联系数与SNR的实际和虚构部分RMSE所有相联系数和快照数真实和虚构部分显示图1(b).相联系数估计精度建议算法总接近CRB信号功率差大时,拟方法性能接近CRB,差越大时,拟算法的优缺点越明显。等信号相似时 拟方法性能比辽法和温算法差 但仍比Elbir算法强产生这些结果是因为当信号功率相似时,所有过渡矩阵估计的并发系数相近,使用更多信息获取的并发系数理解度更高。此外,当SNR期望信号比INR干扰信号高得多时,建议方法仍然产生更好的性能

实例2模拟和数类经典强适应型光束性能,如LSMI、MSB、MSRB和SRB,均在本例中调查模拟比较SRB使用Wen方法获取的简化SRB波段算法以替代SRB波段相联系数估计算法输出信号干扰加噪比SNR分析500和输出SINR分析10db图2(a)显示不同波束阵员对单线阵列输出SINR,而图2(b)显示输出SINR这些方法与快照数

图中2输出SINR所拟波束向来接近最优SINR高SNR性能接近SRB波束和SERB波束,明显优于其他算法设计波束性能明显高于SRB波束和SERB波束性能,原因是高精度估计双联结矩阵MSRB波段性能受数组孔径限制,总比拟议波段性能低设计波束比SRB波束和SERB波束速度快,总接近最优输出SINR

实例3设计波段性能与未知方向误差在此示例中分析假设期望信号有随机方向误差,并均匀分布 每一次试验即信号从运行转运行方向误差, 但仍固定在一个试运行中结果显示图3.

对比图2性能图图中SERB波形基本不变3这三个波束输出者估计双联系数时 估计期望信号方向MSRB光束性能仅略微退化,MSB光束性能严重退化,因为INCM重建用在MSRB光束上,而后者不用在注意拟波段聚合率与其他波段相仿率之快

实例4性能设计波束异同局部散射
前后不一局部散射作用在本实验中考虑一般来说,不一致性局部散射总是发生并严重影响波束性能此处,我们假设,在前后不一局部散射的情况下,接收期望信号可表示为 去哪儿 表示方向 Th局部散射信号并受统一分布 并 并 对应信号波形和方向向量图显示模拟结果4.

图4显示每个测试光束不一致性局部散射的模拟结果对比图2局部散射信号扰动采样共变矩阵后,所有测试光阻性能在不同程度上下降,特别是在高SNRs互不相容散射信号在高SNR估计双联系数中造成严重错误,所有算法性能在高SNR严重退化偏差散射信号影响小 算法只使用最高功率信号估计双联系数因此,拟成波束性能总接近最优输出SINR相形相形之下,相形影射率比其他相形影射率快得多。

5级结论

论文中提出了修改子空间共生系数估计算法手稿主要贡献包括两部分:(1)提高双联系数估计精度,我们建议策略选择适当的过渡矩阵提高估计精度提高光源对未知相联性强健性,波流设计组合校准方向向量和干扰加噪声共变矩阵重构法拟用波束比退出算法高性能, 特别是当不同干扰间有大分量差时模拟显示经修改子空基并发系数估计算法的优异性以及设计波束对未知相联性强性

数据可用性

引用数据源都标记在本论文中并设计参数都描述在本论文中因此,本文中的数据完全覆盖并可以获得

利益冲突

作者声明他们没有利益冲突

感知感知

这项工作部分得到中国自然科学基金会(Grants 61901511和61871471)支持,部分得到中国西省国家科学基金会(Grant 2019JM-322)支持,部分得到中国西省自然科学基础研究计划(Grant 2020JQ-478)支持,部分得到国防技术大学研究计划(Grant ZK19-10)支持。

引用

1. W.张SA.Vorobyov,“联合强势传输/接收对MIMO雷达使用受概率限制优化的自适应波束化”,IEE处理信,vol.23号公元前1页112-116,2016Viewat:发布者网站|谷歌学者
2. S.公元前Somasundaram,Wideband强卡彭波束反射声纳IEEE海洋工程杂志,vol.38号2页308-3222013Viewat:发布者网站|谷歌学者
3. Z级项和MTao,bust波束编译无线资讯和电源传输IEEE无线通信通讯,vol.一号4页372-375,2012年Viewat:发布者网站|谷歌学者
4. L.万X康和FXia,“联合射程-多普勒角估计智能跟踪移动航空目标”,IEEE互联网事务杂志,vol.5号3页1625-16362018Viewat:发布者网站|谷歌学者
5. F.温和J什叶道快速方向查找双向EMVS-MIMO雷达信号处理,vol.173,第107512条,p107512 2020Viewat:发布者网站|谷歌学者
6. J.什叶派F温和T刘大全MIM雷达数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组IEE操作航空航天电子系统2020年Viewat:发布者网站|谷歌学者
7. X.王L王X和GBi,“核规范最小化框架用于MIMO雷达中DOA估计”,信号进程,vol.135页147-1522017Viewat:发布者网站|谷歌学者
8. .b.Friedlander和A微信中发现 并发IEE交易天线传播,vol.三十九号3页273-284,1991Viewat:发布者网站|谷歌学者
9. J.台北宝市湖市长和WXu,“A递归RARE算法用于DOA估计并有未知相联性”,IEE 天线和无线传递信,vol.13页1593-1596,2014年Viewat:谷歌学者
10. Z级郑元刘大群王义Yang和JYang 暴动自适应波束对基于双联系数估计的双联IEE操作车辆技术,vol.66号10页9124-9133,2017Viewat:发布者网站|谷歌学者
11. .b.辽和S.C成型线性阵列无名相联IEE 天线和无线传递信,vol.11页464-467,2012年Viewat:发布者网站|谷歌学者
12. Z级叶氏Liu,“非敏感自适应波束反双联动”,IET信号处理,vol.3号公元前1页1-6,2009年Viewat:发布者网站|谷歌学者
13. Z级郑元王义康和Y公元前张联想阵列:新稀数组设计提高自由度并减少双联效果IEE交易信号处理,vol.67号7页1728-17412019Viewat:发布者网站|谷歌学者
14. .b.辽族ZG张和S.C.Chan,DOA估计跟踪ULAs并联IEE操作航空航天电子系统,vol.48号公元前1页891-905,2012年Viewat:发布者网站|谷歌学者
15. .b.辽和S.C成交线性数组定向查找法IEE天线和无线传播字母,vol.13页171720,2014Viewat:发布者网站|谷歌学者
16. M.王XmsS延市高高自校算法统一圆形阵列IEE 天线和无线传递信,vol.15页12-152015Viewat:发布者网站|谷歌学者
17. F.温州张K王G成和G张联想基于ULA双轨MIMO雷达信号处理,vol.144页61-672018Viewat:发布者网站|谷歌学者
18. A.M.Elbir,“取向与取向双联动”,IEE 天线和无线传递信,vol.16页1541-1544,2017Viewat:发布者网站|谷歌学者
19. 问题解析GeY张和Y王,低复杂性算法指针运抵估计IEE通信通讯,vol.24号公元前1页90-942019Viewat:发布者网站|谷歌学者
20. F.温文J王J什叶和G贵,辅助车辆定位基础强DOA估计IEEE互联网事务杂志,vol.7号6页5521-5532,2020Viewat:发布者网站|谷歌学者
21. Y.口和ALeshem,bust自适应波束编译基于干扰共变矩阵重构和向量估计IEE交易信号处理,vol.60号7页3881-3885,2012年Viewat:谷歌学者
22. Z级李义张大Ge和Y郭中子数组共变矩阵重构法IEE通信通讯,vol.23号4页664-6672019Viewat:发布者网站|谷歌学者
23. C.M.S.看和A.b.Gershman,“局部标定子数组传感器阵列的抵达估计”,IEE交易信号处理,vol.52号2页329-338,2004年Viewat:发布者网站|谷歌学者
24. S.A.orobyov,“最小差强势波束设计原理”,信号处理,vol.93号12页3264-3277,2013年Viewat:发布者网站|谷歌学者
25. Z级郑大通杨元王和HC.暴动自适应波束 通过简化干扰功率估计IEE操作航空航天电子系统,vol.55号6页3139-31522019Viewat:发布者网站|谷歌学者
26. M.王和ANehorai,CorayysMUSIC和Cramer-Rao绑定IEE交易信号处理,vol.65号4页933-9462017Viewat:发布者网站|谷歌学者

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