两种基于自适应相位补偿的fdoa估计算法

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1、罗柏文，万明康，于宏毅:两种基于自适应相位补偿的FDOA估计算法14两种基于自适应相位补偿的FDOA估计算法罗柏文,万明康,于宏毅LUOBowen,WANMingkang,YUHongyi解放军信息工程大学郑州450002InformationEngineeringUniversityofPLA,Zhengzhou450002,ChinaTwoAlgorithmsforFDOAEstimationBasedonAdaptivePhaseCompensatorAbstract：Theadaptivephas

2、eshiftcompensatorisintroducedtoestimatethefrequencydifferenceofarrival(FDOA),byaligningthetime-varyingphaseshiftadaptively.Accordingtothedifferentcomputationmethods,twoestimationalgorithms，thealgorithmbasedontimeaverageandthealgorithmbasedonlinearfitting，

3、areproposedbyusingadaptivecompensationfactors.Theestimatorbasedontimeaverageisasymptoticallyunbiased,withcontrollableerror,smallmeansquareerrorandlowcomputationalcomplexity.Simulationresultsalsoshowthattheperformanceofthealgorithmbasedonlinearfittingisclo

4、setoCRLBwhensignals’SNRaremorethan-3dB.Keywords：frequencydifferenceofarrival;adaptivephasecompensation;timeaverage;linearfitting摘要：本文将约束的自适应相位差估计补偿算法引入到频偏估计当中，实现信号间相位对齐。然后，利用自适应相位补偿因子，根据估计方式的不同，给出了两种频偏估计算法：基于时间平均的算法与基于线性拟合的算法。基于时间平均的频偏估计算法是一种渐进无偏的估计算法，具有可

5、控的误差和非常小的均方差，以及计算简单的特点。仿真结果表明当信号信噪比大于-3dB时，基于线性拟合的频偏估计算法性能与CRLB非常接近。关键词：到达频差估计；自适应相位补偿；时间平均；线性拟合文献标识码:A中图分类号:TN911.71引言罗柏文，万明康，于宏毅:两种基于自适应相位补偿的FDOA估计算法14到达频差估计（FrequencyDifferenceofArrival，FDOA）在通信系统、定位系统中都具有重要地位。相对于非常短的信号采样间隔而言，根据频偏产生的原理，可以把到达频偏分为时变频偏和非时

6、变频偏。发射天线与接收天线之间如果有相对运动，接收信号就会有多普勒频率偏移。由于该相对运动的速率往往是时变的，因此多普勒频移被认为是时变频偏。对于通信系统，以及采用多接收机结构例如天线阵、传感器网等的系统，由发射机与接收机之间，以及不同接收机之间本地振荡器的频差变化非常缓慢，因此该频偏可以认为是非时变。对于通信系统而言，期望消除频偏，对于定位系统而言，则期望利用频偏，因此作为必不可少的信号处理环节，FDOA估计在各种通信系统、雷达声纳等定位系统、电磁传感网、天线阵系统中均有重要应用。目前，针对不用的应用环

7、境，已提出了许多频偏估计算法。例如，参考文献[1][2]中提到了许多基于数据辅助的频率估计算法，如对数包络法、自相关函数法、各阶电平通过率法和均方相位差分法。基于数据辅助的频偏估计算法可以获得较好的估计性能，通用性差是它们的主要问题之一。而文献[3]总结了许多通过信号协方差矩阵特征值计算频偏的算法，这些算法的主要问题之一是计算量大，尤其是当信号的频偏时变时更是如此。另外，对于以信号同步为目的的频偏估计应用中，由于估计误差的客观存在，使得信号经过频偏补偿后还可能存在较大的累积相位差。自适应类算法能够将相位差

8、异补偿与频偏估计相结合起来，在估计时变参数方面具有独特的优势，因此D.M.Etter和D.R.Hush提出了基于时变延迟的自适应频率估计器（AdaptiveFrequencyEstimator，AFE）[4]，用于估计带噪声的单音正弦信号频率。他们将两个单音正弦信号之间的频率差异转化为时变的延迟差异，自适应滤波器的形式约束为基于SINC函数的延迟滤波器。在AFE基础上，S.R.Dooley、A.K.Nandi、H.C.So、P