信源数未知情况下基于嵌套阵列的DOA估计算法

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1、40航天电子对抗第31卷第3期O引言信源数未知情况下基于嵌套阵列的DOA估计算法沈志博，董春曦，黄龙，赵国庆(西安电子科技大学电子信息攻防对抗与仿真技术教育部重点实验室，陕西西安710071)摘要：针对电子侦察中的DOA估计问题，提出了一种基于嵌套阵列的DOA估计算法。首先对协方差矩阵向量化以扩展阵列孔径，并生成新的协方差矩阵；然后利用协方差矩阵的行向量构造Toeplitz矩阵，并利用其联合对角结构生成代价函数；最后通过一维谱峰搜索求解出各信源的DOA。该方法能够在信源数未知、欠定等的情况下进行有效的估计，具有较高的估计精度与分辨

2、力，且对信噪比要求不高。关键词：电子侦察；DOA估计；嵌套阵列；Toeplitz矩阵中图分类号：TN971+．1文献标识码：ADOAestimationbasedonnestedarravwithOutsourcesnumberShenZhibo，DongChunxi，HuangLong，ZhaoGuoqing(KeyLaboratoryofElectronicInformationCountermeasureandSimulation，MinistryofEducation，XidianUniversity，Xi’an71007

3、1，Shanxi，China)Abstract：FortheproblemofDOAestimationinelectronicreconnaissance，aDOAestimationalgorithmbasedonnestedarrayisproposed．First，thecovariancematrixisvectorizedtoextendthearrayapertureandformanewcovariancematrix．Then，eachrowofthenewcovariancemat“xcanbeusedtofo

4、rmaToeplitzmatrixandanewcostfunctionisdesigned，basedonthejointdiagonalizationstructureofthefullsetofToeplitzmatrices．FinaUy，theDOAsofthesourcesareestimatedvia1一Dspectrumpeaksearch．Thealgorithmhasahigherestimationprecision，res01utionandcanworkinunderdeterminedand10wSNR

5、caseswithoutaprioriinformationofthesourcenumber．Keywords：electronicreconnaissance；DOAestimation；nestedarray；Toeplitzmatrix信号的波达方向(DOA)是电子侦察中需要获取的一个重要参数口。2]，也是信号分选、辐射源识别以及定位跟踪的重要依据。3j。与雷达信号的DOA估计不同，电子侦察中的DOA估计没有信号的先验信息，并且日益复杂的电磁环境也对现有的DOA估计方法提出了新的挑战[“。传统的测向方法如最大信号法、比幅法

6、等原理简单、易于实现，但是精度低、分辨力较差[5。6]，而干涉仪测向法虽然精度较高，但是现代电子对抗环境中辐射源数量多、分布密度大，同时多信号问题严重影响了其性能[7]。子空问分解算法，如MUISC收稿日期：2015一02一03；2015—03—25修回。作者简介：沈志博(1986一)，男，博士研究生，主要研究方向为电子侦察。算法[8]、EsPRIT算法[9]以及其推广和改进算法由于其超分辨能力以及良好的估计精度而得到了广泛的应用，但是这类方法是以预知信源的数量等先验信息为前提的，不正确的信源数估计将可能导致算法的失效，而且有效的

7、阵列孔径也限制其能够同时处理的信源个数，因此应用到电子侦察系统中具有一定的局限性。文献[10]提出的嵌套阵列和文献[11]的互质阵列虽然有效地扩展了阵列孑L径，但是仍需要较多的信号先验信息；文献[12]提出了一种未知信源个数的DOA估计方法，阵列孔径损失较大，当信源数较多时，需要阵元数也较多，不易在电子侦察系统中工程实现。针对上述问题，本文提出了一种基于2级嵌套阵列的DOA估计方法。首先将协方差矩阵向量化作为新的阵列接收数据，并构造新的协方差矩阵；然后对新的协方差矩阵的每一行构造ToPplitz矩阵，并利用其联合对角结构生成代价函

8、数；最后通过一维搜索求解2015(3)沈志博，等：信源数未知情况下基于嵌套阵列的DOA估计算法41出各信源的DOA。该方法能够在信源数量未知的情况下进行高精度的DOA估计，并且有效地扩展了阵列孔径，节省了阵元的数量。1阵列模型2级嵌套阵列结构如图1