阵列信号建模和波达方向估计方法.pdf

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1、2011年9月西安石油大学学报(自然科学版)Sep．2011第26卷第5期JournalofXianShiyouUniversity(NaturalScienceEdition)V01．26No．5文章编号：1673-064X(2011)05-0093-05阵列信号建模和波达方向估计方法郝华宁，叶坤，余龙(1．西安石油大学理学院，陕西西安710065；2．西北工业大学力学与土木建筑学院，陕西西安710072)摘要：建立了均匀线阵和均匀圆阵模型，构造阵列接收信号的自相关矩阵，并用MUSIC算法得到来波方向估计．分

2、别以1个信号、2个信号和3个信号的均匀线阵和均匀圆阵为例，通过MATLAB编程进行仿真实验．结果表明，来波方向的估计值与真实值之间的误差很小，证明了MUSIC算法用于来波方向估计的实用价值．总结了阵列信号处理中的几个关键技术和存在的问题．关键词：阵列信号建模；自相关函数；DOA估计中图分类号：0212．3文献标识码：A阵列信号处理(Arraysignalprocessing)是信号角，简称波达方向)．在阵列信号处理研究中，波达处理研究领域中的一个重要分支，受到了国内外众方向估计是除波束形成之外的另一重要分支]．

3、特多研究者的广泛关注．尤其是近二十年来，伴随着数别是在军用和民用雷达的通信系统中，精确估计信值计算技术、计算机技术、元器件工艺的迅速发展，号的波达方向非常关键．加之各种传感器不断涌现，阵列信号处理技术在雷阵列信号处理的发展史最早可以追溯到20世达、声纳、通讯、地震勘探、气象、射电天文以及医学纪20年代的自适应天线组合技术，其实质是基于傅成像等诸多领域得到了广泛应用，阵列信号处理已立叶变换的空域滤波(或波束形成)．后来自适应波逐渐发展成一个具有重要应用前景的学科方向．束形成器和经典的时延估计技术被用于提高空间信将

4、一组传感器(Sensor，又称为阵元)按照一定号的分辨率，其典型的代表有Howells于1965年提的规则布置在空间的不同位置，就形成了阵列(Ar-出的自适应陷波旁瓣对消器，1967年Widrow提出ray)．阵列信号处理利用各个阵元接收信号在相位的最小均方(LMS)自适应算法以及Capon于1969上的差异，进行融合处理，以最大限度地增强所需信年提出的恒定增益指向最小方差波束形成器．然而号，抑制干扰及噪声，有效地获取信号的有用信息．空域滤波方法存在本质的缺陷，其分辨率直接取决均匀线阵与均匀圆阵是两种常用的阵列

5、．一般而言，于阵列的物理尺寸(1~P：fL径)，而与采样时间以及信阵列信号处理的主要问题包括波束形成、零点形成噪比无关．从统计的观点看，传统的波束形成技术可以及空间谱(spatialspectrum)估计．波达方向认为是频域维纳滤波(匹配滤波)在空域的扩展_3]．(DOA，DirectionofArriva1)估计属于阵列信号处理20世纪7O年代末特征结构法的提出开辟了阵中的空间谱估计问题，信号的波达方向是一个十分列信号处理的新领域．特征结构法的分辨率突破了重要的参数，波达方向(DOA)估计的基本问题就是瑞利限

6、制，是一类超分辨率DOA估计方法]．一般确定同时处于空间某一区域内多个感兴趣的信号的认为，Pisarenko提出的协谐波分解法是最早的特征空间位置(即各个信号到达阵列参考阵元的方向结构法，其后的典型代表有1979年Schmidt提出的收稿日期：20111一D4基金项目：国家自然科学基金项目“基于阵列信号处理的高抗噪结构损伤检测方法的研究”(编号：50505141)作者简介：郝华宁(1958-)，女，教授，主要从事信息科学计算研究．E-mail：hnhao@xsyu．edu．cn．．——94．——西安石油大学学报

7、(自然科学版)MUSIC(MultipleSignalClassification，多重信号分(2)阵元的几何尺寸远小于入射平面波的波长，可类)法，以及1986年Roy等人提出的ESPRIT(Esti—近似认为阵元为点元；(3)阵元间距d与入射平面matingSignalParametersviaRotationalInvariance波的波长A应满足d／A≤1／2；(4)阵列阵元无方向Techniques)算法特征结构法通过对数据矩阵进行性(即全向的)，且所有阵元增益相同；(5)阵列接收奇异值分解，或者对协方

8、差矩阵做特征值分解，将维到的所有信号来波方向互不相同；(6)各信号为互数大于信号个数的观测空间划分为信号子空间与噪不相关信号，且信号与噪声之间也互不相关；(7)所声子空间，然后利用两子空间的正交性构造空间谱，考虑的信号均为窄带信号．最后进行谱峰搜索以获得DOA估计_4J．特征结构法假设在天线阵的远场存在q个信号源，则所有的核心思想是子空间的概念，因而又被称为子空间到达阵列的波可近似为平