基于Butler矩阵的波束空间DOA估计算法：新算法与性能优化

本文主要探讨了一种创新的波束空间DOA(Direction of Arrival)估计算法，该算法基于Butler矩阵的设计思路。Butler矩阵是一种特殊的电子滤波器，它能够有效地进行信号的定向和空间滤波，对于无线通信和雷达系统中的角度估计至关重要。作者杨恺和华光在他们的研究中，针对一维Butler矩阵的应用，提出了一种新颖的DOA估计算法。 该算法首先通过Butler矩阵对天线阵列接收到的多路信号进行波束变换，这一过程利用了Butler矩阵的阵列合成特性，可以形成多个独立的窄波束，从而提高信号的方向分辨能力。这样，原本混杂在多个方向上的信号被分离出来，使得后续的DOA估计更加精确。 算法的核心步骤包括信号的空间滤波，选择功率较强的波束，以及利用基本的Music算法进行DOA估计。Music算法是一种经典的高精度DOA估计算法，它依赖于阵列信号的谱分析，能够有效地识别信号源的方向。相比于传统的DOA估计方法，基于Butler矩阵的算法具有更低的计算复杂度和信噪比门限要求，这意味着在实际应用中可以实现更高的效率和更佳的性能。 当阵元间距大于半波长时，该算法还能利用先验信息有效地抑制伪峰现象，这是传统方法难以克服的一个挑战。伪峰通常出现在噪声或非目标信号干扰下，但在波束空间处理后，这些干扰可以被有效地排除，提高了估计结果的可靠性。 通过仿真验证，研究者证明了这种基于Butler矩阵的DOA估计算法在准确性、性能和实用性上均有所提升，为阵列信号处理领域的实际应用提供了新的解决方案。这项工作不仅对于毫米波国家重点实验室的研究有重要价值，而且对于整个信号处理和通信工程领域都具有一定的理论指导意义。 这篇论文的研究成果对优化无线通信系统的方向寻找能力和抗干扰能力有着积极的推动作用，为未来在通信、雷达和信号处理等领域广泛应用Butler矩阵技术提供了坚实的基础。