均匀圆阵多宽带LFM信号的二维DOA估计

李 昕， 辛元芳

（安徽理工大学 电气与信息工程学院，安徽 淮南 232001）

0 引言

随着宽带线性调频（LFM）信号在雷达目标检测、通信对抗等领域的广泛应用，LFM 信号的波达方向（DOA）估计成为阵列信号处理研究的前沿课题。分数阶傅里叶变换（FRFT）对LFM信号具有能量聚焦特性，用FRFT对LFM信号 DOA估计不存在交叉项干扰和较高的精度[1-3]。基于FRFT的LFM信号的时频空算法DOA估计成为新热点。

传统 DOA估计针对的是非相干窄带信号，如传统的MUSIC、ESPRIT算法及改进[4-6]。而对于宽带相干信号，传统算法性能会急剧下降，文献[7-8]针对相干信号的DOA估计进行了研究，但仍是基于相干窄带信号的DOA估计。文献[9]将窄带空时频分布(STFD)的求根-MUSIC算法推广到均匀线阵宽带相干信号的DOA估计。目前宽带LFM信号源的DOA估计算法主要是针对均匀线阵（ULA）的，如文献[1-2]是针对均匀线阵对宽带LFM信号的DOA高分辨估计，文献[3]针对均匀线阵结合Toeplitz矩阵重构法，对宽带LFM相干DOA估计。但是现实使用的天线阵以均匀圆阵较多，第三代移动通信基站系统中主要使用的就是均匀圆阵（UCA）接收天线[5]。均匀圆阵可以同时估计信号的方位角和俯仰角，在阵元数不少于8个时均匀圆阵可以提供360度的无模糊方位角，且在各方向上有相同方向特性。而均匀线阵只能提供180度的方位角，对信号的估计只是一维的方位角，对二维的DOA估计无能为力[10-11]。

针对均匀圆阵，利用FRFT对LFM信号聚焦能力，将观测信号变换为FRFT域的一系列平稳单频信号，在FRFT域建立阵列信号模型，应用MUSIC算法实现多个宽带LFM信号源的DOA估计。……