基于空间谱插值的DOA估计算法

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1、第31卷第4期航天电子对抗39基于空间谱插值的DOA估计算法*陈雨，王旭东，樊涛(南京航空航天大学电子信息工程学院，江苏南京210016)摘要：现有的MUSIC、ESPRIT等基于特征值分解算法，在信号DOA估计时运算复杂度较高，不利于硬件实现，而经典空间FFT算法虽然运算速度快，但在天线数不甚多时，其较大的离散角度间隔限制了DOA估计精度。为此，提出了一种基于空间谱插值的DOA估计算法。该方法在经典空间FFT算法的基础上，对量化空间谱进行线性插值，只增加1次除法运算，不改变原有算法结构，利于硬件实现。当信噪比大于9dB时，其均方根误差接近克

2、拉美一罗限(CRLB)。仿真实验证明了算法的精确度和有效性。关键词：DOA估计；FFT空间谱；线性插值；CRLB中图分类号：TN971文献标识码：ADOAestimationmethodbasedonspatialspectruminterpolationChenYu，WangXudong，FanTao(DepartmentofElectronicandInformationEngineering，NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Nanjing210016，Jiangsu，China)A

3、bstract：ClassicaleigenvaluedecompositionbasedsignalDOAestimationmethodlikeMUSIC，ESPRITarecomputationcomplex．TheseDOAestimationmethodsarenotsuitforhardwareimplementation．Thecon—ventionalspatialFFTalgorithmisfaster，butthelargerdiscreteangleintervalrestrictDOAestimateprecision

4、whentheantennanumberisnotSOmany．Therefore，anovelDOAestimationmethodbasedonspatialspectruminterpolationisproposed．ThismethodisbasedontheclassicalspatialFFTalgorithm．I，inearinter—polationonthetwomaximumquantizationspatialspectrumsisused．Comparedwiththeoriginalalgorithm，thisme

5、thodonlyaddsadivisionoperation．And，thealgorithmstructureisnotmodified．Thus，itisconvenientforhardwareimplementation．WhenSNRexceed9dB，theDOAestimationrootmean—squareerrorapproachCramer—RaoLowBound(CRLB)．AccuracyandeffectivenessofthisDOAestimationmethodareverifiedbyabundantsim

6、ulationresults．Keywords：DOAestimation；FFTspatialspectrum；linearinterpolation；CRI。BO引言利用阵列信号处理技术实现对远场信号的DOA估计，近年来一直是人们研究的热点，其在通信、雷达、电子侦察、水声信号处理等领域得到广泛应用。空间谱估计技术可实现对多目标测向，对阵元排列没有特殊要求，这给阵元及天线阵设计带来极大灵活性且其测向精度优于传统比幅、比相方法Llj。本文提出了一种基于FFT空间谱插值的DOA估计算法，该算法运算速度快，估计精度高于传统空间谱DOA算法，且算*

7、基金项目：国家自然科学基金(61201208)收稿H期：2014—08—20；2015—03—10修回。作者简介：陈雨(1990一)，女，硕士研究生，研究方向为信号处理。法结构规整，能够进行并行流水化数据处理。易于用FPGA等硬件实现。解决了MUSIC、ESPRIT等基于特征值分解的DOA估计算法难以硬件实现，不利工程应用的难题。本文对算法进行了详细分析和仿真验证，给出了在FPGA芯片内实现时的硬件设计框图。1算法分析1．1FFT空间谱DOA估计间距为d的M个阵元排列成一个均匀线阵，假定一位于阵列远场的信号源，其波长为A，传播速度为C，阵列方

8、向与信号入射方向的夹角即DOA为0，，如图1所示。40航天电子对抗2015(4)‘

9、P≮．8}1入[mdsinO,＼／淞．．图1平面波入射均匀线阵模型设定最右边一个