《基于特征波束形成的强弱信号波达方向与信源数估计方法》

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1、基于特征波束形成的强弱信号波达方向与信源数估计方法徐亮曾操*廖桂生李军(西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室西安710071)摘要：该文针对强弱信号并存时信源数和弱信号波达方向难以准确估计的问题，提出了一种基于特征波束形成的强弱信号波达方向与信源数同时估计方法。首先估计空域协方差矩阵，对其特征分解后按特征值从大到小调整特征矢量；然后从第1个特征矢量开始，由提出的估计式得到各特征波束的空间谱；最后，通过计算各空间谱的最大值与旁瓣谱峰平均值的比例判断有无信源，最大谱峰对应的角度即为该信源的波达方向估计。与RELAX和JJM方法相比，所提方法无需迭代步骤，无需强信号波达

2、方向精确的先验知识，具有运算量小和弱信号估计精度高的优点，仿真和实测数据处理结果证明了方法的有效性和优越性。关键词：波达方向估计；信源数估计；波束形成；强弱信号中图分类号：TN911.7DOI:10.3724/SP.J.1146.2010.00418文献标识码：A文章编号：1009-5896(2011)02-0321-05DOAandSourceNumberEstimationMethodforStrongandWeakSignalsBasedonEigenBeamformingXuLiangZengCaoLiaoGui-shengLiJun(NationalLabof

3、RadarSignalProcessing,XidianUniversity,Xi’an710071,China)Abstract:FortheproblemofthesourcenumberandDirectionOfArrivals(DOAs)estimationoftheweaksignalsinthepresenceofthestrongsignals,anewmethodbasedoneigenbeamformingforestimatingsourcenumberandDOAsisproposed.Firstly,theeigenvectorsofthesp

4、atialcovariancematrixissortedaccordingtothedescendingorderoftheeigenvalues.Secondly,thespatialspectrumofeacheigenbeamisestimatedinturnbytheproposedequation.Finally,whetherthesignalsourcehaveornotisjudgedbytherationofthemaximumvalueofthespatialspectrumtothemeanvalueoftheside-lobepeaksandt

5、hedirectionofarrivalofthesignalisobtainedbytheanglecorrespondingtothemaximumvalue.WithoutthepreciseDOAknowledgeandtheiterativesteps,theproposedmethodhasthemeritsofthesimplercomputationandthemoreaccuracycomparedwithRELAXandJJM.Theeffectivenessandthesuperiorityaredemonstratedbythesimulatio

6、nresultsandthemeasureddata.Keywords:DOAestimation;Sourcenumberestimation;Beamforming;Strong/weaksignal1引言波达方向估计是阵列信号处理的一个重要分支，其应用涉及雷达、通信、导航、测控和电子侦察等众多领域[1,2]。基于空间谱的到达角估计方法，如最大似然(ML)、多重信号分类(MUSIC)、旋转不变子空间(ESPRIT)以及加权子空间拟合(WSF)等方法，由于具有对多信源的测角超分辨能力引起了人们的广泛关注[3,4]。但是，当信号源之间夹角较小且功率相差较大时，由于强信号

7、的影响，上述方法难以准确估计出弱信号的波达方向。针对强信号背景下弱信号波达方向估计问题，目前已有的方法主要有Li等人[5,6]的RELAX算法，陈辉等人[7]的JJM算法，张静等人[8,9]提出的基于扩充噪声子空间方法等。RELAX通过迭代方式来估计信号的波达方向和波形，该方法需要反复迭代，在强弱信号夹角较小时，收敛速度很慢，故此时总的运算量相当大。JJM方法利用阻塞矩阵抑制掉强信号，然后再估计出弱信号，但此方法要求强信号的波达方向精确已知，这在实际中很难满足；而且在强弱信号角度很近时，抑制掉强信号的同时也会衰减弱信号。基于扩充子空间的方