均匀圆阵模式空间下宽带信号DOA估计新方法

本文主要探讨了均匀圆阵（Uniform Circular Array, UCA）在宽带信号Direction-of-Arrival (DOA)估计中的应用。作者徐青，来自电子科技大学电子工程学院，提出了针对宽带信号的新测向方法。传统上，DOA估计大多依赖于均匀线阵（ULA），但UCA的优势在于其提供360度全方位的无模糊角度信息，包括俯仰角，并在所有方向上具有相似的估计精度和分辨率，因此在通信、雷达探测、导航制导等领域有广泛应用。 论文的核心内容涉及以下几个方面： 1. **阵元空间到模式空间转换**：通过将阵元空间的数据转换为圆阵模式空间数据，使得宽带信号的有效带宽内各个频率点的数据符合虚拟均匀线阵（Virtual Uniform Linear Array, VULA）模型。这种转换使得原本不适合等距均匀线阵的算法能适应等距均匀圆阵的特性。 2. **双边聚集变换（TCT）的应用**：论文采用双边聚焦变换(TCT)算法，这是一种在处理宽带信号子空间类算法中具有低均方误差和高稳定性的方法。TCT在模式空间变换后，用于消除VULA阵列流形中的频率依赖性，并通过能量积累实现DOA估计。 3. **宽带信号UCA模型**：研究假设N个窄带信号源以不同的角度θ到达M个阵元的UCA。信号在无噪声情况下，阵元接收的数据通过快速傅里叶变换（FFT）表示，反映了不同角度信号的幅度衰减。 4. **难点与解决策略**：论文指出，宽带信号的TCT算法聚焦过程中的挑战在于聚焦变换矩阵的维度随频率变化，为克服此问题，作者选择信号有效带宽内的最低频率作为聚焦频率，以此保持算法的稳定性和有效性。 这篇论文创新性地将UCA与宽带信号DOA估计结合，提出了一种基于模式空间转换和双边聚集变换的高效测向方法，展示了UCA在处理宽带信号时的独特优势，为实际应用提供了新的理论支持和技术手段。