一種新的聚焦類寬帶DOA估計(jì)算法

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1、44航天電子對(duì)抗第26卷第3期1引言一種新的聚焦類寬帶DOA估計(jì)算法*曹金亮，劉志文，徐友根(北京理工大學(xué)信息與電子學(xué)院，北京100081)摘要：基于導(dǎo)向矢量矩陣的初等變換，給出了一種新的聚焦類寬帶源波迭方向(DOA)估計(jì)算法。新算法構(gòu)造聚焦矩陣時(shí)不需要矩陣分解運(yùn)算，從而使聚焦過程運(yùn)算量更小。在理想條件下，新方法構(gòu)造的聚焦矩陣可以在各個(gè)頻率點(diǎn)實(shí)現(xiàn)完美聚焦。分析表明，新算法運(yùn)算量要小于其它聚焦類寬帶DOA估計(jì)算法。計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證了該算法的有效性。關(guān)鍵詞：波達(dá)方向估計(jì)；寬帶信號(hào)源；聚焦；相干信號(hào)子空間方法中圖分類號(hào)：TN911．7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Anewalgorithmforwideba

2、ndDOAestimationusingfocusingmatricesCaoJinliang，LiuZhiwen，XuYougen(SchoolofInformationandElectronics，BeijingInstituteofTechnology，Beijing100081，China)Abst船ct：Basedontheelementarytransformationofthelocationmatrices，anewfocusingalgo“thmforwidebandDoAestimationisproposed．Thenewalgorithmconstructs

3、thefocusingmatriceswithoutanymatrixdecompositionoperationandhasasmallercomputationalcostthantheotherfocusingmethods．Inanidealcase，perfectfocusingcanbeachievedatallfrequencybins．Thesimulationresultsdemonstratetheeffectivenessofthenewalgorithm．Keywords：DOAestimation；widebandsources}focusing；cohe

4、rentsigna卜subspacemethod空間信號(hào)DOA估計(jì)一直是陣列處理研究的一個(gè)重要問題。隨著跳頻、擴(kuò)頻、線性調(diào)頻信號(hào)等寬帶信號(hào)的廣泛應(yīng)用，寬帶信號(hào)的檢測(cè)和定位越來越受到人們關(guān)注。目前，寬帶信號(hào)DoA估計(jì)算法主要有最大似然方法(MLM)和信號(hào)子空間方法(SSM)兩類。MLM運(yùn)算量極大，難以具體實(shí)現(xiàn)[1。2]。SSM具有相對(duì)小的計(jì)算量和較高的分辨率，因而更受關(guān)注。SSM最初是由Schmidt[33等人針對(duì)窄帶信號(hào)提出的，寬帶源模型下導(dǎo)向矢量依賴于頻率參量，一般是通過DFT或窄帶帶通濾波器組將寬帶信號(hào)分解為多個(gè)窄帶信號(hào)，再進(jìn)行處理。按照處理方式的不同，SSM可分為基于不相干(

5、ISM)[虬和基于相干(CSM)[5]兩類。*基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(60672084，60602037，0736006)收稿日期：2010一01—15；2010一02—24修回。作者簡(jiǎn)介：曹金亮(1981一)，男，博士研究生；劉志文(1962一)，男，教授。博導(dǎo)。隨著研究的深入，人們提出了更多寬帶DOA估計(jì)算法，這些算法的貢獻(xiàn)主要體現(xiàn)在消除預(yù)估計(jì)[6‘7]、提高估計(jì)性能[811]以及減小運(yùn)算量口21等幾個(gè)方面。其中有不少算法與最初的CSM方法一樣都屬于聚焦類算法，這些算法給出了不同的聚焦矩陣構(gòu)造方法。文獻(xiàn)[10]提出了RSS方法，文獻(xiàn)[11]表明RSS方法是SST方法的一個(gè)特

6、例，文獻(xiàn)[12]提出了MTLS方法，并且指出MTLS方法比RSS和SST有更小的運(yùn)算量。眾所周知，實(shí)時(shí)性在通信、雷達(dá)、聲納等應(yīng)用領(lǐng)域中是至關(guān)重要的，因而如何大幅度減小運(yùn)算量同時(shí)兼顧估計(jì)精度就成為實(shí)際應(yīng)用中面臨的重要問題。本文通過對(duì)導(dǎo)向矢量矩陣的初等變換來構(gòu)造聚焦矩陣，并利用信號(hào)子空間和噪聲子空間的正交性得到一種簡(jiǎn)化的聚焦矩陣構(gòu)造方法。2頻域信號(hào)模型考慮P個(gè)寬帶遠(yuǎn)場(chǎng)信號(hào)分別從不同方向{q，)；；。入射到有M個(gè)全向陣元的陣列，假定P已知或者可以估計(jì)得到，且P

7、￡)(1)戶=1式中，郎為第戶個(gè)源信號(hào)，咒。(z)為第優(yōu)個(gè)陣元上的噪聲，r卅(以)為第戶個(gè)信號(hào)源到達(dá)第撒個(gè)陣元相對(duì)于到達(dá)參考陣元的時(shí)延。假定n，(￡)與入射信號(hào)不相關(guān)，且在時(shí)域和空域均為白噪聲。假定觀測(cè)時(shí)間足夠長(zhǎng)，第m個(gè)陣元輸出的離散時(shí)間傅里葉變換(DTFT)為：Px。(∞)=’∑sp(ccJ)e—km‘％)+N。(cc，)(2)置實(shí)際處理時(shí)是對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行DFT(假設(shè)為．廠點(diǎn))，從而把寬帶信號(hào)分解成多個(gè)窄帶信號(hào)，寫成矢量形式為：工(喲)=A(喲，口)s(喲)+n(喲