宽带信号DOA估计自回归迭代算法-AET-电子技术应用

宽带信号DOA估计自回归迭代算法

来源：电子技术应用2012年第11期

张飞1，陈客松1，唐斌1，吴宏刚2

1. 电子科技大学电子工程学院，四川成都 611731； 2. 中国民用航空局第二研究所，四川成都 610041

摘要： 基于最小均方误差(MMSE)准则提出一种宽带信号波达方向(DOA)估计算法。将宽带信号通过窄带滤波器组转化为窄带信号，采用自回归迭代方法恢复窄带信号的稀疏表示，根据稀疏表示得到信号源个数和DOA估计。该算法不仅有超分辨率能力，而且不必预先知道信号源个数。此外，本算法能对相干信号源进行DOA估计而不需要解相关预处理。仿真结果验证了该算法的有效性。

关键词： 自回归迭代 MMSE准则稀疏表示 DOA估计

中图分类号: TN953.3
文献标识码： A
文章编号： 0258-7998(2012)11-0119-03

Wideband signal DOA estimation by using re-iterative algorithm

Zhang Fei1, Chen Kesong1, Tang Bin1, Wu Honggang2

1. School of Electronic Engineering, UESTC, Chengdu 611731, China; 2. The Second Research Institute of CAAC, Chengdu 610041, China

Abstract： This paper proposes a new algorithm, which is based on MMSE, for wideband signal spatial direction-of-arrival (DOA) estimation. Pass the wideband signal through a bank of narrowband filters to obtain narrowband signals, then recover the sparse representation of the narrowband signals by using re-iterative method, and estimate the number of the sources and DOA from the sparse representation. The new method not only has high resolution, but also do not require the number of sources for direction finding. Furthermore, this algorithm has the ability of estimating coherent signals without decorrelation processing. The simulated results confirmed the effectiveness of the new method.

Key words : reiterative; criterion of MMSE; sparse representation; DOA estimation

宽带信号DOA估计是阵列信号处理的一个重要分支，在目标跟踪、智能天线系统等方面有重要的应用。目前宽带信号DOA估计算法主要有两大类：一类是非相干信号子空间法(ISM)[1]，这类算法计算量大，分辨率低，且不能分辨相干信号源；另一类是相干信号子空间法(CSM)[2]，这类算法分辨率高且能分辨相干信号源，但需要根据已知的预估计角度求解聚焦矩阵。

近几年提出的通过稀疏信号表示[3-4]进行DOA估计的算法(FOCUSS[5],l1-SVD[6]等)不必求信号的自相关矩阵并对其进行特征值分解,也不必预先估计信号源个数，且不需要对相关信号进行解相关预处理。本文基于MMSE准则提出宽带信号DOA估计自回归迭代算法,通过恢复信号的稀疏表示实现超分辨率宽带信号DOA估计。
1 信号模型
宽带信号的标准处理方法是将接收信号通过窄带滤波器组得到不同频率点的窄带信号[3-5]，再对其进行后续处理。设有N个阵元的均匀直线阵列，相邻阵元间距是入射信号最高频率的半波长，远场宽带信号从K (K≤N)个方向θ=[θ1,…,θK]到达阵列，通过D个中心频率在宽带信号频率范围内的窄带滤波器，得到D个不同频率点的窄带信号，频率点fd(1≤d≤D)处阵列单次快拍接收信号的表达式为:

间隔的增加，DOA个数估计在DOA间隔大于4°后收敛于真实值，DOA估计偏差在DOA间隔超过10°后为零。
本文基于MMSE准则提出一种宽带信号DOA估计算法，采用自回归迭代方法恢复信号的稀疏表示，估计出波达方向的信号幅度，由此同时得到信号源个数和波达方向估计，省去了对信号自相关矩阵的特征值分解和对相干信号的去相关预处理，具有超分辨率能力。仿真验证了新算法的有效性，对实际工程中宽带信号DOA估计的算法设计提供了有益的参考。
参考文献
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