双模天线阵列的ESPRIT波达方向估计新算法

本文主要探讨了"基于双模天线阵列的ESPRIT波达方向估计"这一主题，由付思超、徐友根和刘志文三位作者在北京理工大学电子工程系完成的研究。他们的研究创新性地提出了一种模式域旋转不变（ESPRIT）方法来估计波达方向（DOA），这与传统的空域ESPRIT算法有所不同。在模式ESPRIT中，旋转因子只依赖于信号的DOA，而不受阵列结构的影响，这意味着算法不需要阵元的具体位置信息，也不需要存在空间匹配子阵。这种灵活性使得即使阵元位置不明确，也可以通过空域稀疏采样实现无模糊的多尺度DOA估计。 与多重信号分类（MUSIC）和旋转不变参数估计（ESPRIT）这类经典的子空间类方法相比，模式ESPRIT的优势在于其闭式解，能够降低运算量和存储需求。文章特别提到了在文献[3]中提到的单个多模双锥形天线的DOA估计算法，尽管它能够达到类似传统阵列的效果，但对模式数量有较高的要求。而本文将ESPRIT扩展到多模天线阵列，特别是在双模条件下，实现了更为简洁的闭式DOA估计算法，适用于各种未知位置的阵列结构，并能通过稀疏阵列设计减少天线阵元之间的相互干扰。 研究的信号模型建立在一个由N个指向相同方向的双锥形天线构成的线阵上，每个天线能输出M种不同的电磁波模式。M的数量取决于波导的特性，如同轴线波导直径增大则能支持更多的模式。阵列中的第一个参考阵元接收到来自θ方向的信号，其DOA估计是研究的核心内容。 这项工作得到了国家自然科学基金（60602037）的支持，显示了其在理论和实际应用中的重要性和价值。整体来看，这篇论文提供了一种在复杂无线环境中提高DOA估计精度和适应性的有效策略，对于阵列信号处理领域具有重要的理论贡献。