相关色噪声下无冗余累积量稀疏表示DOA估计.pdf

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaApr．252017V01．38No．4SSN1000．6893CN11-1929／Vhttp：／／hkxbbuaaeduCRhkxb@buaaedu．on相关色噪声下无冗余累积量稀疏表示DOA估计刘庆华*，周秀清，晋良念桂林电子科技大学，广西信息科学实验中心，桂林541004摘要：针对传统均匀线阵中四阶累积量计算复杂度大、对快拍数敏感的问题，提出了一种快速去冗余的高分辨波达方向估计新方法。该方法首先通过构造选择矩阵对四阶累积量矩阵进行第1次降维处理，摒弃传统四阶累积量中大量

2、冗余数据，然后对无冗余累积量矩阵进行矢量化并通过二次降维得到统计性能更优的向量观测模型，最后在相应的过完备基下建立观测模型的稀疏表示进行波达方向(DirectionofArrival，DOA)估计。同时将方法推广到L型阵列2维DOA估计，扩展了其应用范围。与传统的四阶累积量方法相比，该方法大大地减小了计算量，对快拍数要求不高，并且能够有效地抑制相关色噪声。理论分析和仿真实验验证了该方法对1维和2维DOA估计都具有较高的估计精度和分辨率。关键词：波达方向(DOA)估计；四阶累积量；稀疏表示；相关色噪声；无冗余中图分类号：V243．2；TN911．7文献标

3、识码：A文章编号：10006893(2017)04—32033110信号的波达方向(DirectionofArrival，DOA)估计是空间谱估计的基本问题，目前研究中，其大部分算法是在天线阵元噪声为白噪声的理想环境下有效。但是，实际应用的空间谱估计中噪声往往为有色噪声，且噪声之间是相关的，这样导致传统DOA估计算法效果欠佳。相关色噪声背景下信号DOA估计已受到广泛的关注。为此，国内外学者提出了许多消除空间色噪声或相关噪声影响的方法口_6]。其中，文献[1—3]提出了噪声协方差矩阵的参数化模型，该模型要求对噪声参数进行估计，但是在噪声协方差矩阵完全未知

4、的情况下，估计性能受到严重的影响。文献[4]利用仅存在噪声或无信号情况下的数据信息对色噪声进行白化处理并估计其噪声协方差，但受实际阵列和噪声影响，很难得到准确的噪声协方差结构。另一种有代表性的方法是所谓的协方差差分方法[5_6]，即假定噪声在阵列旋转或者在对输出矢量进行特定线性变换时是不会发生变化的，利用这种不变性，可以在具有对称Teoplitz协方差矩阵的色噪声或相关噪声背景下实现方向参数估计。虽然这些算法在一定程度上抑制了噪声的影响，但并不具备全局最优性，估计结果仍然难以令人满意。四阶累积量作为一种强有力的信号处理工具，其主要优势是能够有效地抑制高

5、斯噪声，即只要噪声服从正态分布，采用四阶累积量进行DOA估计时，无需知道噪声协方差或对噪声协方差进行估计。因此，当空间噪声为高斯色噪声时，采用四阶累积量来处理非常方便有效。1995年，Dogan和MendelL70提出了VESPA(Virtual—ES—PRITAlgorithm)算法，该算法利用高阶累积量生成的虚拟阵元和实际阵元之间的信息进行收稿日期：2016—04．19；退修日期：2016-04-20；录用日期：2016—07—13；网络出版时间：2016-09-0516：43网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／111929

6、V20160905．1643．004．htmI基金项目：国家自然科学基金(61461012，61371186)；广西无线宽带通信与信号处理重点实验室基金(GXKL06160110)；广西物联网技术及产业化推进协同创新中心资助项目(WLW20060205)；桂林电子科技大学研究生教育创新计划(2016YJCX87)*通讯作者．E—mail：Iiuqinghuagl@126com戤用格武；莉庚华，蜀秀清。晋良念相关色噪声下无冗余累积量稀疏表示DOA估计￡如．航空学报．2017．38(4)：32033

7、．uUQH，ZHOUXQ，JINLNDOAestimat

8、ionusingnon-redundantcumulantssparserepresentationincorrelatedcolorednoise￡JjActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2017，38(4)：32033，．320331．1航空学报DOA估计，但只利用了累积量中的部分信息，估计精度受限。接着，Shan等[81提出了MUSIC—like阵列扩展方法，该方法很好地扩展了阵列孔径，但计算量很大。文献[93将时间平滑和高阶累积量相结合，由于计算量很大而使得实时性能很差。文献[10]利用互耦矩阵的联合对称To

9、eplitz结构，构造多个四阶累积量矩阵，无需谱峰搜索，通过特征值分解即可获得DOA估计，降低