宽带信号DOA估计处理方法研究

学术研究 DOI:10． 3969/j． issn． 1001-3824． 2012． 06． 008 宽带信号 DOA 研究估计处理方法 收稿日期:2012-06-14 闫 杰1，周 杜晓雷2、杜晓雷1、邓琦新1 ( 1． 重庆邮电大学 移动通信重点实验室，重庆 400065; 2． 重庆邮电大学 重庆光电工程学院 400065) 摘 要: 宽带阵列接收信号的模型是从频域建立起来的 2 种宽带阵列信号处理的研究方法： 非相关信号处理方 法( ISM) 和相干信号子空间算法( CSM) 。并利用 MATLAB 模拟远场、等功率、稳定的第三代移动通信手机信号 2 比较各种算法的性能。并利用 MATLAB 模拟远场、等功率、稳定的第三代移动通信手机信号 2 比较算法性能。模拟结果表明，CSM 算法相对 ISM 虽然算法增加了操作的复杂性，但它可以更复杂 有效识别宽带相干信号。 关键词: 估计波达方向； 智能天线; 宽带信号; 非相关信号； 相干信号 中图分类号： TN929 文献标识码： A 文章编号:1005-3824( 2012) 06-0029-04 0 引 言 在阵列信号处理的研究领域，需要识别和定位信源，波达方向( direction of arrival，DOA) 估计理论是为了满足这一要求而产生的。 宽带阵列和窄带阵列分为阵列信号处理领域。 宽带阵列和窄带阵列分为阵列信号处理领域。在这方面，虽然高分辨率算法相对成熟，但也有 MUSIC［1］和 ESPRIT2等经典算法，但目前大部分都是 DOA 对窄带信号提出了估计方法。但宽带信号具有混响背景相关性弱、目标回波携带信息量大的特点，有利于参数估计、目标特征提取和目标检测。因此，随着宽带信号处理理论的发展，对宽带阵列高分辨率算法的研究也越来越深入。与窄带信号相比，宽带阵列信号的处理在理论、模型和算法上要复杂得多。因此，如何更合理、更充分地利用宽带阵列信号携带的信息，减少处理过程中的计算量，将是宽带信号处理需要研究的一个非常重要的课题3。 1 宽带阵列信号接收模型 可从频域建立宽带阵列信号接收模型。首先通过傅氏转换将天线阵列接收到的宽带远场信号转换为离散频点，然后按每个频点 建模采用高分辨率信号处理的方法。 设 s( t) 远场宽带信号为入射阵列，可分解为 J 窄带信号，即 s( t) = ∑ J j =1 sfj( t) ( 1) 加性高斯噪声 n( t) ，也可分解为 J 窄带信号，即 n( t) = ∑ J j =1 nfj( t) ( 2) 则阵列中第 m 传感器的输出信号是 xm( t) = ∑ J j =1 ［am( fj，θ) sfj( t) nfj( t) ］ ( 3) 式( 3) 中: a( fj，θ) = ［a1( fj，θ) ，a2( fj，θ) ，…，am( fj，θ) ，…，aM( fj，θ) ］T ( 4) a( fj，θ) 方向向量均匀，即导向矢量。 设有远场的 P 宽带信号分别为 θ1，θ2，…，θP 入射角度达到天线阵列，天线阵列有 M 个传感器( 阵元数) ，其中频率为 fj 窄带分量在第 m 传感器上的输出可以表示为 xm( t) = ∑ P p =1 sp( t － τm( θp) ) nm( t) ( 5) 式( 5) 中: m = 1，2，3，…，M; τm( θp) 是第 p 宽带信号到达第 m 与参考点相比，传感器的时间延迟； nm( t) 天线阵列第一 m 传感器上的高斯白噪声。 则 xm( t) ，sp( t)