非均匀噪声稀疏均匀圆阵的二维DOA估计

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaMar．252011V01．32No．3448．456ISSN1000．6893CN11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn文章编号：1000-6893(2011)03-0448-09非均匀噪声稀疏均匀圆阵的二维DOA估计潘捷，周建江*，汪飞南京航空航天大学信息科学与技术学院，江苏南京210016摘要：针对在机载雷达、通信等领域有着广泛应用的均匀圆阵(UCA)，研究了非均匀噪声下稀疏均匀圆阵的二维波达方向(IX)A)估计。首先采用改进的相位

2、模式方法构造非均匀噪声稀疏均匀圆阵的波柬空间似然函数；之后，在分析非均匀噪声稀疏均匀网阵的波束空间似然函数特点的基础上，修改了Burg的逆迭代算法以适应稀疏均匀圆阵下非均匀噪声自相关矩阵的估计；最后。经过推导非均匀噪声下似然函数的梯度与近似Hessian矩阵，实现了基于修正的变换投影(MVP)方法的非均匀噪声下目标二维DOA估计。仿真结果表明，在非均匀噪声环境下，该方法估计精度优于稀疏均匀圆阵求根MUSIC和传统均匀噪声最大似然估计方法，对于相于信号源亦具有良好的估计性能。关键词：均匀圆阵；波达方向；非均匀噪声；传感器阵列处理；最大似然中图分类号：V243．4，TN912

3、．7文献标识码：A波达方向(DirectionofArrival，DOA)估计是阵列信号处理的重要环节。均匀圆阵(UniformCircularArray，UCA)因为几何上的中心对称性，其估计性能几乎与方位角无关，在机载相控阵雷达以及通信等领域有着广泛的应用[1]。近年来，阵元间隔大于半波长的稀疏均匀圆阵，由于其能够以较少的天线阵元获得更高的估计性能，同时有效降低了阵元间互耦[2]，正越来越多地受到研究者的关注。目前广泛采用的均匀圆阵DOA估计方法如均匀圆阵旋转不变信号参数估计(UniformCircularArrayEstimationofSig-nalParamet

4、ersviaRotationalInvarianceTech—nique，UCA—ESPRIT)，均匀圆阵实波束空间多信号分类(UniformCircularArray-RealBeamspace-MUltipleSignalClassification，UCA-RB-MUSIC)c3]等，大都采用基于相位模式激励原理的波束空间变换来重建导向矢量的范德蒙结构，其主要特点收稿日期：2010-06．08：退修日期：2010-09-20；录用B期：2010·10-21基金项目：江苏省六大人才高峰计划A类(P0952-041)*通讯作者．Tel．：025．84892430E-ma

5、illzjjee@nuaa．edu．∞是要求阵元足够多且较密集，对于稀疏均匀圆阵则会出现明显的映射误差，从而影响DOA估计性能‘4‘。Belloni等[5]利用流形分离技术，避免了波束空间变换所带来的映射误差，将阵元空间根多信号分类(MUSIC)应用于均匀圆阵以及任意结构阵列，获得了理想的效果。Goossens等[6]则改进了原有的相位模式方法以逼近波束空间变换后阵列导向矢量，实现了对稀疏均匀圆阵的DOA估计，同时讨论了阵元互耦对相位模式的影响。但上述方法仅限于目标俯仰角已知且所有目标都处于同一水平面的情形，同时其很难进行空间平滑，因此只能处理独立信号源，实际应用受到限制

6、。最大似然类方法由于其良好的渐进性能以及无需空间平滑而能够处理相关信号的特点，一直以来得到广泛关注[7{]，但这些算法都要求信号模型满足均匀白噪声假设，而这在很多实际应用中孳l焉格武I潘捷。周建江．汪飞．稚鹄匀噪声稀琉均匀圜阵的二雏DOA估计eJ]．航空学摄．2011．32(3)：448-456．PanJie．ZhouJianjiang。WangFei．2．DDOAestimationforsparseuniformcirculararrayinpresenceofunknownnonuniformnoise￡J-．ActaAeronauticaetAstronautic

7、aSinica，20l1．32(3)}448-456，潘捷等：非均匀噪声稀疏均匀圆阵的二维DOA估计不能满足。对于高频／甚高频(HighFrequency／VeryHighFrequency，HF／VHF)频段的射频系统以及大多数的声纳系统等机载舰载设备，由于环境噪声的影响，传感器接收噪声非均匀且可能相关[9]。在一些实际应用中，如果传感器间距较大(如稀疏阵列等)，则可以近似认为各传感器的噪声是不相关的非均匀空问高斯白噪声，即噪声自相关矩阵为对角阵且各对角元素不相等。近年来，不少学者对非均匀噪声下的阵列处理问题进行了广泛的研究