基于ESPRIT的ULA波达方向估计改进算法

2013-10-15宋雪松姚桂锦

吉林大学学报(信息科学版) 2013年4期

关键词：信号

宋雪松, 姚桂锦, 徐洄

(1. 吉林大学通信工程学院, 长春 130012; 2. 吉林省高速公路管理局, 长春 130022)

0 引言

波达方向(DOA: Direction-of-Arrival)估计是阵列信号处理的重要研究内容和持续研究热点之一。从20世纪70年代末开始, 在DOA估计算法方面涌现了大量的研究成果[1,2], 其中特征子空间类算法已发展成最常用的一类算法, 其代表是MUSIC算法[3]和ESPRIT算法[4], 并在这两种算法基础上人们也提出了一些改进算法[5-7]。但特征子空间类算法面临的一个普遍问题是：由于阵列接收数据协方差矩阵会出现降秩问题, 该类算法无法对相干信源进行DOA估计。空间平滑类算法[8-11]通过对阵列接收数据划分子阵并对子阵协方差矩阵求平均值, 达到解相干和恢复阵列数据协方差矩阵原秩, 但该类算法以牺牲传感器阵列孔径和降低估计来波信号的数目为代价。最近, 文献[12]提出的CC-ESPRIT(Cross ESPRIT)算法能同时处理相干和非相干信号情况, 但相干信号角度间隔较小时, 算法性能不稳定；文献[13]和文献[14]虽然能估计角度间隔较小的相干信源, 但低信噪比的估计效果不理想。笔者采用MMUSIC(Modified MUSIC)算法原理, 对阵列接收数据矩阵的自相关和互相关信息进行变换, 并且重新构造数据矩阵, 最后结合TLS-ESPRIT(Total Least-Squares ESPRIT)算法提出了能同时适应相干和非相干信号情况的波达方向估计的改进ESPRIT算法(IM-ESPRIT: Improved ESPRIT), 在较低信噪比和相干信源角度间隔较小等约束条件下, 对IM-ESPRIT算法进行了理论分析和数值仿真。