第
30
卷第
5
期
2010
年
5
月
计算机应用
Vo
l. 30 No.5
May
2010
Journal of Cornputer Applications
文章编号:
1
∞
1
-9081
(2010)05
-1418
-03
基于修正传播算子的高分辨波达方向估计算法
刘成域,赵拥军,胡德、秀
(信息工程大学信息工程学院,郑州
450
∞
2)
(liuchengchen
g0
79@
126.
com)
摘
要:将循环平稳和共统重排理论引入传播算子算法中,提出修正的循环传播算子波达方向估计算法。该算
法对采集数据共机重排,使相关矩阵的估计更加准确,并充分利用有用信号与干扰信号循环频率的不同和噪声在感
兴趣的循环频率上不呈现谱相关的性质,有效滤除了干扰信号和噪声的影响,实现了高分辨的泼达方向
(DOA)
估计;
同时它不需要对高维空时协方差矩阵进行特征值分解,所以与基于特征子空间分解的算法相比运算量低,利于实时
处理。仿真结果证明了其有效性。
关键词:斗目关矩阵;循环平稳特性;共统重排;子空间;特征值分解
中圈分类号:
TN91
1.
72
文献标志码
:A
High resolution algorithm for direction of arrival estimation
based on modified propagator method
LIU
Cheng-cheng
,
ZHAO
Y
ong
才
un
,
HU
De-xiu
(lnstitute
01
lr
功
rmatwn
Engineering,
lr
协
rmatwn
Engineering
Unive
町
ty
,
Zhengzlwu Henan
45
∞
02
,
China)
Abstract:
A rnodified propagator algorithrn
was
presented to achieve the high resolution direction
of
arrival
(DOA)
estirnation by introducing cyclostationarity and conjugate data
rearrangerne
时,
which rnade the correlation rnatrix rnore precise
and effectively elirninate the influence of the noise and interference signal. Cornpared with the conventional eigen subspace
algorithrns
, the presented algorithrn has lower cornputational cornplexity with insignificant perforrnance degradation because of
avoiding Eigen Value Decornposition (EVD) of the covariance
rnatrix.ηle
sirnulation results dernonstrate its effectiveness.
Key
words:
correlation rnatrix; cyclostationarity; conjugate data rearrangernent; subspace; eigen value decornposition
0
引言
阵列处理性能的提高一直是阵列信号处理领域研究的重
点和难点之一。许多实际应用场合中信号往往是非平稳的,
即信号的统计特性随时间变化,但常规的波达方向(
Direction
Of
A
时
val
,
DOA)
估计方法,如多重信号分类
(Multiple
Signal
Classification
,
MUSIC)
法和基于旋转不变技术信号参数估计
(Estirnation of Signal Pararneters via Rotational Invariance
Techniques
,
ESPRIT)
法等都忽略了这一时间特性。为了在空
域和时域能够同时对信号进行采样,并利用时空二维信息去
提高
DOA
估计的性能,许多专家和学者提出一系列将循环平
稳理论与传统的空间谱估计方法相结合的估计算法,在提取
空间特性的同时又可以充分利用信号的循环平稳特性。
Gardner
等人提出循环
MUSIC
(Cyclic
MUSIC)
法
[1]
。
Cyclic
MUSIC
等循环平稳类
DOA
估计算法在信号选择性、分
辨率、噪声抑制能力等方面都优于常规的
DOA
估计算法,但
是这些算法同样是基于特征子空间分解的,在估计阵列输出
数据的空时协方差矩阵及对其进行的奇异值分解(
Singular
Value Decornposition
,
SVD)
或特征值分解
(Eigen
Value
Decornposition
,
EVD)
时的运算量很大,不利于实时处理。
为了降低
DOA
估计算法的运算复杂度,
Marcos
等人在文
献
[2J
中提出一种基于"传播算子"的方法,它不需要对高维
空时协方差矩阵进行
EVD
或
SVD
。但是传播算子方法
(Propagator Method ,
PM
)法及其改进算法
[3]
要求阵列单元的
数目必须大于入射信号的总数,在阵元数较少和快拍数小的
情况下,性能下降很快,且当两个信号角度非常接近时将无法
分辨出有用信号。本文结合循环平稳和共辄重排理论,提出
一种修正传播算子的低复杂度快速
DOA
估计方法(
Modified
Cyclic Propagator Method
, MPM)
,可以有效克服
PM
法的缺
点,具有与
Cyclic
MUSIC
算法相当的性能且运算量更低,应用
范围更广。
1
信号模型
假设窄带天线阵列是由
M
个等间距为
d
的阵元组成的
均匀线阵,有
N
个信号源,噪声为互不相关的高斯白噪声,则
在第
k
次快拍得到的阵列输出向量
X(k)
为:
X(k)
=
A({})S(k)
+
N(k);
k = 1,2 ,3
,…
,K
(1)
其中:
X(k)
为
Mxl
维的阵列输出矢量
;
N(k)
为
M x
1
维的
噪声矢量
;
S(k)
为
Nx
1
维的信号矢量
;
A
({})为
MxN
维的
矩阵。
X(k)
=
[x
t
(的
,
X
2
(
的,…
,
xM(k)
f
N(k)
=
[n
1
(k)
,
叫
(k)
,… ,
nM(k)J
T
S(k)
=
[51
(k)
,5
2
(k)
,… ,
sK(k)
JT
A(
θ)
=
[a({}t)
,a({}2)' … ,a({}N)f
a({}n) =
[1
,
e-
j2
叫叫
,;
.λ
,…
,
e-
j2
,,
(M-1)
出呐
/λ)
J T
其中:入射角分别为
(}n(n
=
1
,
2
,…,的
;a(
(}n)
为第
n
个信号
的导向矢量
;λ
为信号波长;阵元接收的
N
个源信号分别表
示为
5
n
(t)(n
1
,
2
,"',
N)
,
对应的循环频率分别为
αn
(n
1
,
2
,…
,
N)
。
收稿日期
:2009
-11
-10;
修回日期
:2
∞
9-12-28
0
基金项目:国家
863
计划项目
(2009
AA
7034530
)。
作者简介:
:x1J成城
(1986-)
,男,江苏盐城人,硕士研究生,主要研究方向:阵列信号处理;
赵拥军(
1963
斗,男,河南新乡人,教授,博士,
主要研究方向:阵列信号处理、雷达信号与信息处理;
胡德秀(1
985
- )
,男,甘肃武威人,硕士研究生,主要研究方向:阵列信号处理。