FFT自适应二维DOA估计:任意阵列结构的高效跟踪

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本文主要探讨了一种基于快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform, FFT)的自适应二维方向到达角(Direction-of-Arrival, DOA)估计方法,特别适用于各种阵列结构的应用。该研究针对传统的多重信号分类(Multiple Signal Classification, MUSIC)方法存在的搜索性质和计算复杂度问题进行了改进。 MUSIC方法在阵列处理中是一种常见的DOA估计算法,但其依赖于搜索策略,当需要同时估计多个目标的方位角(Azimuth)和仰角(Elevation)时,计算效率较低。为了克服这一限制,作者提出了一种新颖的二维方向跟踪框架,结合了子空间跟踪技术(Subspace Tracking)和Manifold Separation Technique (MST)。 首先,子空间跟踪技术被用于实时更新阵列数据的新样本到达时的特征向量基,这使得算法能够动态适应环境变化,提高了估计的准确性。这种方法通过连续地维护一个有效的信号子空间,有效地减小了搜索空间,降低了计算负担。 其次,利用移位矩阵,文中找到了一个快速的一次性操作来更新系数矩阵,实现了并行处理,进一步提升了算法的执行效率。相比于逐元素操作,这种并行处理方式极大地提高了处理大规模数据的能力,尤其在处理高维数据时,性能优势更为明显。 最后,2-D FFT算法被巧妙地应用到整个过程中,它能够一次计算出二维的空间谱,显著减少了计算复杂度,同时保持了频率域分析的优势,即能高效地捕捉到多径信号的特性。通过这种结合,作者设计的算法能够在保证精度的同时,实现对任意阵列结构下多个移动目标的实时、高效跟踪。 总结来说,这项研究提出了一个创新的自适应2-D DOA估计方法,通过改进的子空间跟踪和FFT技术,克服了传统MUSIC方法在计算效率和适应性方面的局限,对于提高多目标定位的实时性和实用性具有重要的理论和实践价值。这对于无线通信、雷达系统以及智能传感器网络等领域具有广泛的应用前景。