一种稳健的未知信源数目的DOA估计算法.pdf

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1、华南理工大学学报(自然科学版)第40卷第6期JournalofSouthChinaUniversityofTechnology(NaturalScienceEdition)Vo1．40NO．62012年6月June2012文章编号：1000-565X(2012)06—0090—07一种稳健的未知信源数目的DOA估计算法木周清晨高火涛王凡史劫(武汉大学电子信息学院，湖北武汉430079)摘要：现有的DOA估计算法都是基于较为理想的模型提出的，在实际工程中，这些算法的性能受快拍数少、阵列误差的影响会严重恶化．针对这一问题，文中提出一种稳健的未知信源数目的DOA估计算法．该算法先

2、利用投影变换技术对阵列接收数据进行预处理，抑制模型误差并降低数据维数，从而提高算法的稳健性并减少计算量，然后根据变换后的m-Capon算法空间谱函数估计DOA．仿真结果表明：该方法在快拍数少、系统误差不大(小于10％)的情况下依然具有一定的方位“超分辨”能力，而且有较强的稳健性。性能远优于现有的MUSIC算法和对角加载m．Capon算法．关键词：DOA估计；阵列信号处理；到达角；m．Capon算法；阵列误差；快拍数中图分类号：TN911．72doi：10．3969／j．issn．1000-565X．2012．06．015波达方向(DOA)估计一直是阵列信号处理的辨”算法结果

3、．重要研究内容之一，该技术的突破对提高雷达、声纳为了避免信源数估计错误对DOA估计的影响，的探测性能意义重大，同时对通信、射电天文学等领许多学者对信源数未知的DOA估计方法进行了大域也存在重大影响．由于天线阵列的空间分辨率取量研究．齐崇英等利用ASPECTI技术，通过消除决于阵列的物理孔径，即阵列的角度分辨性能受Pisarenko方法产生的伪峰，得到真实信号对应的方“瑞利限”限制．当两个入射信号角度间距小于天线向，同时判断出信源个数，但是该方法对信噪比要求阵“瑞利限”时，常规波束形成(CBF)方法无法将较高；Zhang等在建立一种新的Capon波束形成它们分辨开来，如果不增

4、大阵列的孔径，则需要利用优化框架下，提出了MUSIC—like算法，但该算法需所谓的空间“超分辨”算法．在众多“超分辨”算法要在对每一个方向进行扫描时进行一次广义特征值中，以MUSICl2算法为代表的子空间类算法由于其分解，因此计算量较大；张涛麟等在Capon算法和良好的分辨性能以及较小的计算复杂度，受到研究MUSIC算法的基础上，提出了m-Capon算法，该算者的广泛关注，是DOA估计中最常用的方法；但应法理论上的最优估计性能接近于MUSIC算法，但是用这类算法要求预知信源数目，一旦假设的信源数它在快拍数少的情况下，空间谱容易产生伪峰；针对与实际信源数不一致，就会导致DO

5、A估计无法得到文献[9]的不足，李新潮等。。利用对角加载技术正确结果．虽然目前有很多信源数估计算法J，但加强算法在快拍数少的情况下的稳定性，但该方法当实际条件与假设的模型不一致时，估计得到的信需要根据实验来确定对角加载量的大小．源数很容易产生“虚警”或“漏警”，进而影响“超分这些算法都是在假定的理想模型下进行的，而收稿日期：2011-07—25基金项目：国家教育部“十二五”支撑计划项目；武汉大学中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(212274597)作者简介：周清晨(1988一)，男，博士生，主要从事阵列信号处理研究．E—mail：zhouqchen168@gmail．

6、tom十通讯作者：高火涛(1964一)，男，教授，主要从事新体制雷达系统设计、雷达信息处理等的研究．E—mail：gaoght863@163．c0m第6期周清晨等：一种稳健的未知信源数目的DOA估计算法91实际中，天线阵列难免存在误差，使得实际阵列流形与理想的不一致，进而导致DOA估计算法性能严重[㈩恶化．虽然阵列校正可以减少模型误差带来的式中：U、U分别对应于信号子空间、噪声子空间，影响，但事实上不可能得到完全理想的阵列．在实际A。=diag{，，⋯，}为信号特征值构成的对角工程中，受条件限制，快拍数少、阵列存在误差的情矩阵．况很常见．已有的信源数未知的DOA估计算法虽然

7、能够避免信源数对DOA估计结果的影响，但都未考虑快拍数少、阵列误差同时存在的影响．针对这一问题，文中提出了一种稳健的未知信_[lo期与l，源数目的DOA估计方法．先利用投影变换技术对阵列接收数据进行预处理，抑制模型误差or盈一=UN+Usdiag{(or／Z))，由于并降低数据维数，从而提高算法的稳健性并减少计算量，然后根据变换后的m—Capon算法空间谱函数}<1，故当m一∞时，liraCr2m／~～=UN．估计DOA．文中还通过仿真实验将该方法与MUSICm—Capon算法的优化方程为算法、对角加载m．Capo