宽带信号目标的波达角度估计
关键词：宽带；信噪比；阵元；分辨率
中国分类号：TN911.7 文献标识码：A
引言
本文提出了一种新的估计多个宽带目标波达角度的高分辨方法，该方法将目标带宽分成若干个不重叠的子频带，并用特征分解方法估计信号的方位。然后使用‘聚焦’矩阵将所有子带的信息转换到某一频带以获取信号方位信息的高分辨率估计。
与常规的波束形成方法相比，基于特征分解的方法对窄带信号的方位估计有着很高的分辨率[1][2]。这种方法通常是利用空间协方差矩阵的代数特征，即空间协方差矩阵的大特征值张成的空间和信号的导向矢量张成的空间是同一个空间。宽带信号分成若干个互不重叠的子带后，空间协方差矩阵的这种代数特征依然存在。原来的一些宽带DOA算法主要是：首先将宽带分成若干个互不重叠的子带，然后对各子带分别估计。现有的两种宽带信号的特征分解方法都是基于这种思想的。文献[3]将各个子带的信号矢量结合构成扩展信号矢量，由扩展信号矢量得到了协方差矩阵的估计，进而由基于窄带信号的MUSIC方法估计信号的角谱，这种方法的计算量当阵列单元或子带的个数较多时是非常大的。文献[4]首先对每个子带使用MUSIC方法进行角谱估计，然后将各子带的角谱估计联合起来得到最终的宽带信号的DOA估计。最后，文献[5]提出了宽带信号的最大似然估计方法，然而，这种方法通常需要知道信号协方差阵的先验信息，并且计算量非常大。
文献[3]~[5]的问题主要是由简单的将窄带算法推广到宽带而产生的。由于宽带信号的导向矢量是和信号频率有关的函数，因此不同子带的信号空间是不一致的，造成了信号空间和噪声空间的分离困难[3]。按照文献[4]的方法，子带不能估计的信号方位，在宽带依然不能估计。
下面，我们给出问题的数学模型和假设，接着给出一种“聚焦”估计方法，最后用这种方法做计算机仿真实验，并将实验结果和文献[4]方法的实验结果做了对比。
1、数学模型
考虑由M个宽带传感器构成的等间距线型阵列，间距为D，由图1所示。信号是d(d 我们提出了一种对多个宽带目标波达角度进行估计的高分辨算法，该算法分为两步，基于特征分解的MUSIC算法是其基础，该算法的新颖之处在于利用相邻窄带的信息将空间协方差矩阵聚焦于我们感兴趣的角度附近，它允许我们利用协方差矩阵各个频率的信息，增加了采样次数提高了阵列的分辨能力，仿真结果显示了在信号源不相干与白噪声和信号不相关的情况下该算法的有效性。该算法也可以推广到相干信号源和色噪声的情况。 参考文献 [1] WAX M, SHAN T J, KAILATH T. Spatio-temporal spectral analysis by eigenstructure methods[J]. IEEE Trans ASSP, 1984, 32(4): 812-827. [2] 殷勤业, 邹理和, NEWCOMB R W. 一种高分辨率二维信号参量估计方法——波达方向矩阵法[J]. 通信学报, 1991,12(4): 1-7. [3] 于红旗、刘剑、黄知涛、周一宇.阵列接收宽带信号的建模方法及仿真[J].西安:电子对抗, 2006(4). [4] 雷中定，黄绣坤，张树京。宽带波达方向估计的快速算法[J].铁道学院。1997.19(4). [5] 贾永康. 阵列信号处理稳健性研究[D]. 西安: 西安电子科技大学, 1996. 作者简介：李雪静，硕士，讲师，漳州职业技术学院，研究方向：电气自动化、阵列信号处理。
结论