基于重构噪声子空间的相干信号DOA估计

张 石, 许方晗, 佘黎煌, 刘平凡

(东北大学 计算机科学与工程学院, 辽宁 沈阳 110169)

DOA(direction of arrival)估计是一种重要的阵列信号处理技术,广泛应用于雷达、通信及医疗领域[1-2].随着通信环境的日益复杂,到达天线阵的信号通常是相干的,传统DOA估计算法的性能会逐渐下降甚至完全失效[3-4].因此,相干信源的波达方向估计是当前空间谱估计领域的一个热点问题[5].

目前解相干有两种方法:一种是降维处理[6-8],例如前后向空间平滑(FBSS)算法,它具有较好的解相干性能[6],但会损失阵列孔径[7];另一种则没有进行降维处理,此类方法主要利用接收数据矩阵来构造Toeplitz矩阵从而实现解相干[9],但计算复杂度也会随之增加.

针对传统的多信号分类(multiple signal classification,MUSIC)算法对相干信源不能进行正确的施密特正交化[10],文献[11]提出了IMMUSIC(improved MUSIC)算法.IMMUSIC算法使重构的协方差矩阵具有Toeplitz矩阵的特征,可以得到相干信源的DOA估计;但如果信号信噪比较低或信号间隔较小时则无法准确地分辨信号,DOA估计的性能将明显下降[12].对于相干信号而言,本文充分利用阵元接收数据来构造一个新的增广矩阵,提出一种基于重构噪声子空间的相干信源DOA估计算法.

1 信号模型

假设角度分别为θi(i= 1,2,…,D)的D(D

(1)

式中:si(t)(i= 1,2,…,D)是入射到天线阵的波前信号源;λ是信号波长;d为阵元间距;nk(t)是t时刻测量到的理想高斯白噪声.假设接收信号与接收噪声统计独立,并且阵元接收到的噪声彼此不相关,方程(1)可以用矩阵形式改写成

X(t)=A(θ)S(t)+N(t) .

(2)

(3)

N(t)=[n1(t),n2(t),…,nM(t)]T为噪声矢量.

2 新型高精度DOA估计算法

2.1 MUSIC算法

对于解……