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基于空域分割的DS-MUSIC算法
来源：电子技术应用2011年第5期
张 珂, 张剑云
电子工程学院 305教研室, 安徽 合肥230037
摘要： 为解决MUSIC算法在DOA估计时空域搜索计算量大的问题，根据FFT输出序列点数有限的特点，分析了空间FFT测量值与实际值的关系；建立了空域分割的概念以及与测量值对应的模糊范围的概念；给出了可快速计算模糊范围的相邻值平均法；最终提出了基于空域分割的DS-MUSIC算法。该算法采用SSS-FFT算法进行空域分割并确定来波入射角的模糊范围，再使用MUSIC算法在限定的空域范围内搜索。该算法与经典MUSIC算法相比，有效减小了计算量，提高了抗噪声性能。理论分析与仿真实验证明了该算法的有效性。
中图分类号： TN95；TN98
文献标识码： A
文章编号： 0258-7998(2011)05-0114-04
DS-MUSIC algorithm based on division of space
Zhang Ke, Zhang Jianyun
Lab 305 Electronic Engineering Institute, Hefei 230037, China
Abstract： In order to reduce the computational complexity of MUSIC algorithm in space searching, on the basis of the fact that the FFT’s output sequence is finite, the relationship between spatial FFT’s calculated value and the real value is analyzed, the concept of division of space and the concept of fuzzy boundary corresponding to calculated value are established，the method of averaging consecutive numbers is proposed for calculating the fuzzy boundary, the DS-MUSIC algorithm based on division of space is ultimately proposed. It adopts the SSS-FFT algorithm to achieve division of space and calculates the DOA’s fuzzy boundary, then it searches in the limitative space with MUSIC algorithm. Compared with the classic the MUSIC, it can reduce the computational complexity effectively and improve antinoise performance. The theoretical analysis and simulation results demonstrate that the algorithm is effective.
Key words : division of space; spatial FFT; fuzzy boundary; DOA estimation; array signal processing


   
 论研究和仿真实验均表明，在阵元数一定的情况下，该算法可得到比空间FFT算法更高的分辨率以及比MUSIC算法更快的速度。在信源数已知时，其估计性能要优于经典MUSIC算法。

2 空域分割理论
2.1 空间FFT测量值与实际值的关系
    从式(5)与式(6)可得：空间FFT的结果只能显示L

 






    同等条件下,图5给出了两种算法在SNR&isin;[-10 dB,20 dB]时DOA成功概率的比较。如图5所示,当SNR&ge;-10 dB时,两种算法的成功概率几乎相当；当SNR<-10 dB时，DS-MUSIC的估计性能要优于经典MUSIC，这是因为前者使用SSS-FFT算法进行空域分割，该算法的抗噪声性能远远优于参考文献[4]使用的单次快拍FFT[7]，为后续MUSIC的空域搜索限定了一个较为准确的模糊范围SCH,使得其余范围可能出现的伪峰不会影响算法性能。因此DS-MUSIC算法的性能要优于参考文献[4]提出的多波束-MUSIC算法，在处理信源数已知的DOA估计时要优于经典MUSIC算法。

    理论分析和仿真实验表明，相对于经典MUSIC，在同样精度的情况下，该算法由于缩小了谱峰搜索范围而降低了运算量；同时由于采用SSS-FFT算法为后续MUSIC的空域搜索限定了一个较为准确的模糊范围而提高了抗噪声性能。此方法可以在较短的时间内获得良好的DOA估计值，从而为工程应用提供了一种性能良好的快速DOA估计算法。
参考文献
[1] PUSKA H, SAARN ISAARIH, INATTIJ. Serial search code acquisition using an art antennas with single correlator or Matched Filter[J]. IEEE Trans.on Communications, 2008,56(2):299-307.
[2] YANG L, ATTAUAH S, MATHEW G. Stable noise subspace estimation algorithm suitable for vlsi implementation [C]. IEEE Workshop on Signal Processing System, 2007:579-583
[3] 齐崇英,张永顺,张明智.信号到达角的快速估计算法研究[J].系统工程与电子技术,2004,26(10):1364-1366.
[4] 计征宇,杨向华.基于FFT与MUSIC的改进DOA估计算法[J].系统仿真学报,2010,22(2):487-490.
[5] (美)Richard G. Lyons著. 数字信号处理(第二版)[M].朱光明,等译.北京:机械工业出版社,2006:31-33.
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