相干宽带线性调频信号的波达方向估计新方法

罗蓬，刘开华，于洁潇，马永涛

（天津大学 电子信息工程学院，天津 300072）

1 引言

线性调频（LFM, linear frequency modulation）信号在雷达、声纳、通信等信息系统中有着广泛的应用，针对这类信号的波达方向（DOA, direction of arrival）估计问题也日益受到人们的重视。由于LFM信号具有宽带非平稳的特性，其阵列方向矩阵与时间相关，因此常规的子空间算法不再适用于这类信号的DOA估计。近年来，将信号的时频特征和空域信息相结合的时频空算法成为该领域一个研究热点。沿着这个方向已经出现了一些研究成果[1～3]，其中以国内学者陶然、齐林等提出的基于分数阶Fourier变换（FrFT, fractional Fourier transform）的LFM信号DOA估计方法[4～6]最受关注。由于FrFT是一种线性变换，不受交叉项的干扰，而且可以理解为LFM基分解[7]，因此在对LFM信号的处理上比其他时频变换方法更有优势。

传统的基于FrFT的估计方法利用LFM信号在特定的分数阶 Fourier域上达到能量聚集的特点，提取阵列上各入射信号的 FrFT峰值组成空间时频分布矩阵，然后结合MUSIC、ESPRIT等信号子空间算法实现DOA估计。然而，在相干信号情况下，由于各LFM信号的参数相同，因此在分数阶Fourier域峰值提取过程中很难区分不同的入射信号，导致DOA估计困难。文献[8]和文献[9]分别将前/后向空间平滑以及矩阵重构技术引入分数阶 Fourier域，实现相干LFM信号的DOA估计。但是上述方法仅选取各阵元上的FrFT峰值点数据参与DOA估计的运算，数据利用率较低，导致算法的稳定性和抗噪声畸变的能力降低。

本文对LFM信号在2个特殊的分数阶Fourier域上的时频特性进行了深入研究，提出了一种相干宽带LFM信号的DOA估计新方法。……