基于信号子空间的ESPRIT_Like算法在相干DOA估计中的应用.docx
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第31 卷第7 期通 信 学 报Vol.31 No.72010年7月Journal onCommunicationsJuly2010基于信号子空间的ESPRIT-Like 算法在相干DOA 估计中的应用张洪顺1,许云林1,湛江书2(1. 重庆通信学院 无线电管理教研室,重庆 400035;2. 重庆大学 资源与环境科学学院,重庆400044)摘 要:相干环境中 DOA估计的一个主要任务是在预处理中设法消除空间协方差矩阵的秩损失,首先分析了相 干信号对基于子空间的超分辨算法的影响,随后从矩阵重构的思路出发,提出了一种基于信号子空间的ESPRIT-Like算法,最后通过仿真结果证明该方法的有效性与优越性。关键词:相干信号;DOA 估计;信号子空间;Toeplitz 矩阵;奇异值分解;ESPRIT算法中图分类号:TN971文献标识码:B文章编号:1000-436X(2010)07-0110-06Signal-subspace-based esprit-likealgorithmfor coherent DOAestimationZHANG Hong-shun1, XU Yun-lin1, ZHANJiang-shu2(1. Unit of Radio Management, Chongqing Communication Institute, Chongqing 400035,China;2.CollegeofResourceandEnviromentalScience,ChongqingUniversity,Chongqing400044,China)Abstract:ToconsidertheproblemofDOAestimationincoherentenvironment,themostimportantissueistotrytoeliminatetheranklossofthespatialcovariancematrix.Theinfluenceofcoherentsignalsonthesubspace-basedul-tra-resolutionDOAestimationalgorithmwasanalyzed.Thenasignal-subspacebasedESPRIT-Likealgorithmwaspro-posedfromthethoughtofmatrixreconstruction.Thesimulationresultsdemonstratethevalidityandsuperiorityoftheproposedalgorithm.Keywords:coherentsignal;DOAestimation;signalsubspace;Toeplitzmatrix;SVD;ESPRITalgorithm1引言相干信号环境在现实中比较常见,如多径效应或是在军事通信中敌方有意实施干扰等情况,由于相干信号的影响,使阵列的空间协方差矩阵产生秩损失,从而使一些超分辨子空间类算法如多重信号分类[1](MUSIC, multiple signalclassification)和利用 旋转不变技术进行信号参数估计[2](ESPRIT,estima-tion of signal parameter via rotational inviancetech-niques)在相干环境中失去效用,相干信号的DOA(direction ofarrival)估计是空间谱估计亟需解决的 一个实际问题。目前相干信号预处理方法包括:空间平滑类算法、矩阵重构算法和非降维处理算法[3],但是这些算法都是以MUSIC作为DOA估计 处理技术,由于 MUSIC需要进行谱峰搜索,从而 造成算法的运算量较大,且估计的稳健性不好。文献[4]提出了一种在相干环境下的ESPRIT-LikeDOA估计算法,作者通过计算机仿真分析,验证了该算法的估计精度及解相关性能较空间平滑类算法及求根类算法都有明显改善,且算法运算量较低。本文在相干环境中信号子空间维数讨论的基 础上,提出了2 种寻找包含所有信号信息数据矢量 的方法,然后利用所得数据矢量重构得到一个Toeplitz矩阵,对其进行奇异值分解即可得到信号子空间与噪声子空间,最后利用ESPRIT方法进行 DOA 估计,即可得到所需结果。其中,本文第2收稿日期:2009-01-21;修回日期:2010-06-15种数据矢量构造算法与文献[4]中的方法殊途同归。矢量,Nt???n tn t … n t T( ) [ 1 ( ),T2 (),,N ()]为阵列观测噪声2窄带信道数学模型假设空间存在P个远场窄带信号,包括M个信 源经多径角度扩展得到的前L径相干信号(令各信 源的最大径数分
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