電磁矢量感測器陣列波達方向和極化聯合估計

《電磁矢量感測器陣列波達方向和極化聯合估計》是依託北京理工大學，由劉志文擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：電磁矢量感測器陣列波達方向和極化聯合估計
• 依託單位：北京理工大學
• 項目負責人：劉志文
• 項目類別：面上項目

項目摘要

近年來基於張量和多元數的波達方向（DOA）與極化聯合估計成為電磁矢量感測器陣列信號處理研究的核心內容之一。較之常規復矩陣框架下的算法，張量與多元數算法能更好地挖掘陣列輸出的局部矢量性和整體高維結構，在參數估計精度和模型容錯性等方面存在優勢。然而在現有工作中，陣列輸出幾何信息、多層次高維信息的有效利用，複雜條件下陣列輸出的張量建模與求解，極化域子陣的多元數建模及套用等諸多關鍵問題尚未得到解決。本項目旨在針對現有工作中存在的上述問題展開研究，突破已有的張量與多元數算法在處理手段上的局限，提高DOA與極化估計性能。主要內容有：有效利用陣列幾何信息的多元數矩陣分解算法；基於乘法可交換多元數的極化域子陣算法；多元數張量分解算法；基於塊分解的DOA與極化聯合估計；拉伸電磁矢量感測器陣列的張量建模與求解等。開展本項目的研究對於自主發展我國下一代信息獲取與傳輸系統無疑具有十分重要的理論與實際意義。

結題摘要

近年來基於張量和多元數的波達方向（DOA）與極化聯合估計成為電磁矢量陣列信號處理的核心內容之一。較之常規的復矩陣算法，張量與多元數能更好地挖掘陣列輸出的局部矢量性和整體高維特性，在參數估計精度和模型容錯性等方面存在優勢。然而在現有工作中，基於張量和多元數的共點或拉伸電磁矢量感測器陣列非完全極化信號、相干信號、寬頻信號的DOA與極化聯合估計等諸多關鍵問題尚未得到有效解決。本項目工作正是由此而展開的。主要內容包括，能夠有效利用多元數運算幾何意義的多元數矩陣分解方法及相關的DOA估計方法研究；基於乘法可交換多元數的電磁矢量感測器陣列信號DOA與極化聯合估計方法研究；充分利用電磁矢量感測器陣列信號的三維結構及高階統計特性的多元數張量分解方法及DOA與極化聯合估計方法研究；基於多元數和非圓統計信息融合的DOA估計方法研究；基於空-極化域相關/非相關分布源模型、非對稱分布源模型的電磁矢量感測器陣列參數估計；基於稀疏分解的DOA估計方法研究；電磁矢量感測器均勻圓陣DOA估計方法研究等。項目負責人及所在團隊針對上述內容進行了深入研究，提出非完全極化信號的雙四元數矩陣分解DOA估計算法、相干源信號的雙複數平滑DOA估計算法、雙四元數非圓統計信息融合DOA估計算法、基於拉伸三極子天線的DOA估計算法、幾何約束張量分解算法、三種非正交復值聯合對角化算法、廣義联合對角化算法、統計約束下的張量分解算法、基於空-極化域相關/非相關分布源模型的MVDR參數估計算法和近似子空間算法、基於非對稱分布源模型的匹配搜尋算法、非相干與相干信號共存條件下的陣列協方差矩陣稀疏分解DOA估計算法、電磁矢量感測器均勻圓陣閉式測向算法等，較好完成了研究任務，達到了預期目標。特別地，項目成果揭示了電磁矢量陣列結構同多元數/張量運算之間、極化平滑算法和多元數性質之間、電磁矢量感測器陣列模型同多數據集分析方法之間的內在聯繫，並考慮了部分極化、相干源、色噪聲等貼近實際的非理想情況，因此具有重要的理論意義與實用價值。