宽带信号doa matlab,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 估计处理方法研究收稿日期:2012-06-14 闫杰1，周围1，2，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．重庆邮电大学光电工程学院，重庆 400065) 摘要: 从频域上建立宽带阵列接收信号的模型，引出了 2 种宽带阵列信号处理的研究方法: 非相干信号的处理方法( ISM) 和相干信号子空间算法( CSM) 。并利用 MATLAB 仿真软件，模拟远场、等功率、平稳的第三代移动通信手机信号，对 2 种算法性能进行对比。仿真结果表明，CSM 算法相对 ISM 算法虽然加大了运算复杂度，但是能够更有效分辨出宽带相干信号。关键词: 波达方向估计; 智能天线; 宽带信号; 非相干信号; 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中，要求对信源进行辨别和定位，波达方向( direction of arrival，DOA) 估计理论就是为了满足这种要求而产生的。在阵列信号处理领域，有宽带阵列和窄带阵列之分。在该领域，高分辨率算法虽然已经相对比较成熟，有 MUSIC［1］和 ESPRIT［2］等经典算法，但目前大多数的 DOA 估计方法都是针对窄带信号提出的。然而宽带信号具有混响背景相关性弱、目标回波携带的信息量大等特点，这些特点对于参量估计、目标特征提取和目标检测都较为有利。所以，在宽带信号处理理论发展的同时，宽带阵列高分辨算法的研究也随之深入化。由于宽带阵列信号的处理相对于窄带信号的处理在理论上、模型上以及算法上都要复杂得多。因此，如何能够将宽带阵列信号所携带的信息更加合理地、充分地利用，并且能在处理时降低运算量等问题，将是宽带信号处理所要研究的具有非常重要意义的课题［3］。 1 宽带阵列信号接收模型宽带阵列信号接收的模型可以从频域上建立起来。先将天线阵列接收到的宽带远场信号通过傅氏变换转换到离散的频点，然后再在各频点上按照窄带高分辨信号处理的方法进行建模。设 s( t) 为入射到阵列的远场宽带信号，可分解为 J 个窄带信号，即 s( t) = ∑ J j =1 sfj( t) ( 1) 加性高斯噪声 n( t) ，也可分解为 J 个窄带信号，即 n( t) = ∑ J j =1 nfj( t) ( 2) 则阵列中第 m 个传感器的输出信号为 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) 是均匀线性阵的方向向量，即导引矢量。设有远场的 P 个宽带信号分别以 θ1，θ2，…，θP 的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 个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 个宽带信号到达第 m 个传感器相对于参考点的时间延迟; nm( t) 是天线阵列第 m 个传感器上的高斯白噪声。则 xm( t) ，sp( t)

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