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色噪声下基于差分聚焦的宽带DOA估计方法

2021-01-26曹司磊曾维贵

哈尔滨工业大学学报 2021年2期
关键词:信号

曹司磊,曾维贵,王 磊

(海军航空大学,山东 烟台 264001)

波达方向(direction-of-arrival,DOA)估计是阵列信号处理中的重要内容,在雷达、通信及医学领域有着广泛的应用.空间谱方法是DOA估计的经典方法,如多信号分类(multiple signal classification,MUSIC)方法、旋转子空间不变(estimating signal parameter via rotational invariance techniques,ESPRIT)算法等.但是,传统的空间谱方法一般假设空间噪声为高斯均匀白噪声.在实际应用中,大多数阵列信号处理中面临色噪声环境.因此,有学者提出了色噪声环境下的阵列DOA估计改进方法,主要可分为3类:参数化方法[1]、四阶累积量算法[2-3]及协方差矩阵差分法[4-5].参数化方法一般需要预先知道噪声协方差矩阵结构特征,以此来进行预白化处理;四阶累积量算法通过构造观测信号的四阶累积量来消除非高斯色噪声影响;协方差差分法一般假设色噪声协方差矩阵满足Toeplitz结构,并通过将观测信号协方差矩阵与线性变换后的协方差矩阵进行差分处理来消除色噪声影响.

上述针对色噪声环境下DOA估计算法的大多数只适用于窄带阵列,在宽带阵列中的使用受限.目前,宽带DOA估计主要解决途径有:基于频率分解的非相干信号子空间方法[6-7](incoherent signal subspace method, ISSM)及基于频率聚焦的相干信号子空间方法[8-10](coherent signal subspace method,CSSM).ISSM方法对信噪比要求较高,低信噪比条件下性能急剧下降;CSSM方法在低信噪比条件下性能优于ISSM方法,但存在的问题是需要预估或者假设信号角度,以此来构建信号子空间,这种角度估计会导致聚焦矩阵出现偏差,最终导致DOA估计误差.为避免CSSM方法中角度预估带来……

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