一种基于双平行均匀线阵的二维DOA估计方法研究

[摘 要]本文研究了一种基于双平行均匀线阵的二维波达方向（DOA）估计方法。该方法采用了传播算子（PM）法，不需要对接收数据使用特征值分解，计算量较小；同时相比较以往的一些PM法， 该方法有着较好的角度估计性能，并且可以实现二维DOA角度的自动配对。最后通过计算机仿真验证了该方法的有效性。

[关键词]双平行均匀线阵 二维波达方向估计 传播算子法

中图分类号：TN911.23 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）45-0093-02

1.引言

近年来，二维DOA估计成为了研究热点。常用的一些DOA估计方法采用了MUSIC[1]和ESPRIT[2]等算法，但是这些算法需要对接收数据进行特征值分解，计算量较大。相比较而言，PM算法[3]采用线性计算，计算量较小。文献[4]提出了一种基于PM的二维DOA估计方法，但是该方法需要额外的配对处理。文献[5]提出一种新型的基于PM的二维DOA估计方法，该方法可以自动匹配二维角度，同时具有较好的性能和较低的计算复杂度。论文首先介绍了二维信号模型，接着介绍了该算法的原理，最后通过计算机仿真验证了该方法的估计效果。

2.信号模型

如图1所示为双平行均匀线阵，接收线阵和分别有N+1和N个阵元， 阵元间距为d。假设有K个远场窄带信号入射到阵列中，θk和分别为第k（k=1，2，…，K）个信号sk（t）的俯仰角和方位角，信号波长为λ。

两个子阵列的接收信号矢量分别为：

4.仿真实验

我们在MATLAB环境下对该方法进行仿真。假设频率为5MHz的两个短波信号被双平行均匀线阵所接收，其中N = 9，相邻阵元间距为信号波长的一半。两个短波信号的二维角度分别为（40°，35°）和（60°，50°）。阵列接收噪声为白高斯噪声，信噪比SNR= 10dB。从图2所示的二维DOA估计效果图可以看出，该方法能够有效地估计出短波信号的二维DOA。

5.结论

本文研究了一种基于双平行阵列的二维DOA估计方法。该方法采用PM算法，计算量较小，同时可以实现二维DOA角度的自动配对，最后通过计算机仿真验证了该方法性能。

参考文献

1 Schmidt R O. Multiple emitter location and signal parameter estimation[J]. IEEE Trans. on Antennas Propagat.， 1986， 34： 276-280.

2 Roy R， Kailath T. ESPRIT-A subspace rotation approach to estimation of parameter of cissoid in noise[J]. IEEE Trans. on Acoust.， Speech， Signal Processing， 1986， 34： 1340-1342.

3 Marcos S， Marsal A， Benidir M. The propagator method for source bearing estimation[J]. Signal Processing.， 1995， 42： 121-138.

4 Wu Y， Liao G， So H C. A fast algorithm for 2-D direction-of-arrival estimation[J]. Signal Processing.， 2003， 83： 1827-1831.

5 Li J F， Zhang X F， Chen H. Improved two-dimensional DOA estimation algorithm for two-parallel uniform linear arrays using propagator method[J]. Signal Processing.， 2012， 92： 3032C3038.