基于酉变换的虚拟阵列DOA估计算法-哈尔滨工业大学学报.PDF

第４４卷　第４期 哈　尔　滨　工　业　大　学　学　报 Ｖｏｌ４４ Ｎｏ４ 　 　 ２０１２年４月 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＨＡＲＢＩＮＩＮＳＴＩＴＵＴＥＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ａｐｒ．２０１２ 　　　　　　 基于酉变换的虚拟阵列ＤＯＡ估计算法 闫金山，彭秀艳，王咸鹏 （哈尔滨工程大学 自动化学院，１５０００１哈尔滨） 摘　要：为了估计相干信源的波动方向，提出基于酉变换的虚拟阵列ＤＯＡ估计算法．该算法通过阵列虚拟 平移形成虚拟阵列对相干信号进行解相干，并利用酉变换将虚拟阵列接收数据的协方差矩阵从复数域变换 到实数域，然后利用该实数矩阵进行波达方向估计．计算机仿真表明算法在低信噪比情况下具有很好的解相 干特性和估计性能．该算法避免了阵列孔径损失，可在小采样拍数情况下实现相干信源的ＤＯＡ估计，且运算 在实数域进行，大大降低了运算复杂度． 关键词：相干信源；虚拟阵列；酉变换；波达方向 中图分类号：ＴＮ９１１７ 文献标志码：Ａ 文章编号：０３６７－６２３４（２０１２）０４－０１３６－０５ Ａｖｉｒｔｕａｌａｒｒａｙｍｅｔｈｏｄｆｏｒｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆａｒｒｉｖａｌｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄｏｎｕｎｉｔａｒｙｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ＹＡＮＪｉｎｓｈａｎ，ＰＥＮＧＸｉｕｙａｎ，ＷＡＮＧＸｉａｎｐｅｎｇ （ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，１５０００１Ｈａｒｂｉｎ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｅｓｔｉｍａｔｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆａｒｒｉｖａｌｆｏｒｔｈｅｃｏｈｅｒｅｎｔｓｉｇｎａｌｓ，ａｖｉｒｔｕａｌａｒｒａｙｍｅｔｈｏｄｆｏｒｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆａｒｒｉ ｖａｌｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｕｎｉｔａｒｙｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｉｎｔｈｉｓａｐｐｒｏａｃｈ，ｔｈｅｃｏｖａｒｉａｎｃｅｍａｔｒｉｘ，ｗｈｉｃｈｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍｖｉｒｔｕａｌａｒｒａｙ，ｉｓｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｂｙｕｔｉｌｉｚｉｎｇａｕｎｉｔａｒｙｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｍａｔｒｉｘ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ ｖｅｒｉｆｙｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｈａｓｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｄｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎａｎｄｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄ ｃａｎｄｅｃｏｒｒｅｌａｔｅｔｈｅｃｏｈｅｒｅｎｔｓｏｕｒｃｅｓｗｉｔｈｏｕｔａｌｏｔｏｆｓｎａｐｓｈｏｔｓａｎｄａｒｅｄｕｃｔｉｏｎｉｎａｒｒａｙａｐｅｒｔｕｒｅ．Ａｌｌｏｆｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｒｅｉｎｒｅａｌｖａｌｕｅｄｓｐａｃｅ，ｔｈｕｓ，ｔｈｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｉｓｖｅｒｙｌｏｗ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｈｅｒｅｎｔｓｉｇｎａｌ；ｖｉｒｔｕａｌａｒｒａｙ；ｕｎｉｔａｒｙｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆａｒｒｉｖａｌ 　　波达方向估计一直都是阵列信号处理的一个 出了空间平滑算法和前后向空间平滑算法，实现 重要内容，在通信、雷达与声纳等领域都得到广泛 了对相干信源的解相干，但由于空间平滑算法的 应用．很多高分辨率子空间类算法比如ＭＵＳＩＣ算 解相干性能是以损失阵列孔径为代价的，因此在 ［１］ ［２］ 法 和ＥＳＰＲＩＴ算法 在最近这些年得到了很大 小采样拍数和低信噪比时估计性能急骤下降．文 的发展．但这些算法都是在对接收数据协方差矩阵 献［５－７］提出了基于数据重构的解相干算法，避 的特征值分解基础上进行，为了获得良好的估计性 免了阵列孔径的损失，提高了角度分辨率，获得了 能，往往需要上百甚至上千的采样拍数