空间欠采样宽带线性调频信号二维DOA估计

冯浩然,

(解放军电子工程学院 雷抗系,合肥 230037)

0 概述

线性调频(Linear Frequency Modulation,LFM)信号是一种典型的非平稳信号,因具有大带宽时宽积的优点,使其在雷达、声呐和通信系统中得到广泛应用。如何快速有效地处理宽带LFM信号并进行高精度的波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计,是阵列信号处理领域的热点问题之一。

目前,较宽的工作带宽使得传统的信号处理方法难以满足Nyquist采样定理的要求,更对后期数字处理速度和信息存储能力提出了较大挑战。为解决该问题,有学者提出在欠采样条件下对信号进行参数和DOA估计[1-3]。文献[4]利用经时延的信号与原始信号共轭相乘解线性调频的方法,运用余数定理对多个LFM信号进行方位解模糊,从而实现多LFM信号的高精度DOA估计,但该方法容易受到二次交叉项的干扰,估计精度存在局限性。文献[5]基于分数阶傅里叶变换(Fractional Fourier Transform,FRFT),提出在时空欠采样条件下对LFM信号进行分析的方法。由于具有不同时频特性的LFM信号在其对应阶次上具有不同的能量聚集特性,运用FRFT对空间宽带LFM信号的DOA进行相关研究不会受到交叉项的干扰,可以提高估计精度。因此,基于FRFT对宽带LFM信号进行DOA估计,具有较高的研究价值。

作为通信基站中应用广泛的接收天线[6],均匀圆阵(Uniform Circular Array,UCA)可以进行接收信号的全方位测向,而其较高的测量精度并不会因方位角的改变而产生较大的变化。利用UCA可以同时对初始信号的俯仰角和方位角信息进行估计,这是均匀线阵所无法满足的[7]。然而,在UCA半径大于半波长的情况下,信号采样不满足Nyquist采样定理要求,容易产生模糊项,即此时无法高精度估计出信号的初始信息,从而导致算法估计性能下降。……