一种宽带相干信源的无网格超分辨DOA估计方法
发布时间：2021-04-02 06:01
由于无网格（grid-less）稀疏重构方法的波达方向（direction of arrival, DOA）估计数学模型为单快拍形式,因此该方法只有在噪声电平趋近于零时才具有优越的性能.为了提高grid-less方法在信噪比（signal-to-noise ratio, SNR）较低时宽带相干信源的估计性能,提出了一种多快拍grid-less DOA估计方法.首先,对多快拍阵列观测矢量实施奇异值分解（singular value decomposition, SVD）获得观测矩阵的时域信号子空间,通过观测矩阵到时域信号子空间的投影实现观测矩阵的降噪;然后,为了不增加多快拍计算复杂度,将降噪后观测矩阵的列向量加权累加处理得到单快拍形式;最后,从理论上证明了本文提出的GL-SVD方法求解的模型是凸的,能够实现宽带信号DOA的精确重构.仿真结果表明,该方法在低SNR以及宽带相干信源情况下的估计精度都高于L1范数最小化奇异值分解（L1-norm minimum singular value decomposition, L1-S...
【文章来源】：电波科学学报. 2020,35(05)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
M个阵元的均匀线阵
在本实验中,我们对比了L1-SVD方法、OGSBI-SVD方法与本文所提GL-SVD方法对窄带信号源与宽带信号源DOA估计的RMSE与SNR变化的关系. 假设信号从远场入射,入射角度为-10.73°. 窄带信号的快拍数设置为T=500;宽带信号源假设为线性调频(linear frequency modulation, LFM)信号,脉宽为0.5 ms,带宽为200 kHz,采样频率设置为1 MHz, 快拍数为一个脉冲宽度采样点个数500. 如图2所示,3种方法对窄带信号源与宽带信号源的DOA估计精度接近一致. 在单个入射角度的情况下,OGSBI-SVD方法的估计精度低于L1-SVD和GL-SVD,这是因为稀疏贝叶斯推断是非凸的. 由于本文所提GL-SVD方法假设角度域是连续的,随着SNR的增加估计误差接近0,而另外2种方法由于预先在空间划分栅格的原因,估计误差趋向于固定值.3.2 相干信源估计
估计相干信源的能力是DOA估计的一个重要方面,与子空间分解类算法不同,稀疏重构类DOA估计方法可以直接估计相干信源. 在本小节,给出了3种方法对窄带和宽带相干信号源DOA估计的RMSE与SNR的关系. 假设2个相干信号从远场入射,入射角度分别为-10.73°和20.37°. 两个窄带信号的相干系数设置为1,快拍数设置为T=500;两个完全相干的宽带信号源假设为LFM信号,脉宽为0.5 ms,带宽为200 kHz,采样频率设置为1 MHz,快拍数为一个脉冲宽度采样点个数. 如图3所示,3种方法对窄带相干信源与宽带相干信源的DOA估计精度接近一致. 在2个相干信源入射的情况下,随着SNR变化,OGSBI-SVD方法的估计精度几乎不变,GL-SVD方法的估计误差随噪声的减小不断减小;当SNR大于15 dB后,L1-SVD方法的估计误差不再变化;当SNR大于5 dB时,本文所提方法的估计精度高于其他两种方法.进一步考虑两个宽带相干信源重叠比例对估计方法的影响. 如图4所示,宽带信号设置为LFM信号,信号在时域与频域有不同比例的重叠,信号2与信号1的重叠比例分别设置为30%、50%、70%和90%.
本文编号：3114731
【文章来源】：电波科学学报. 2020,35(05)北大核心CSCD
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M个阵元的均匀线阵
在本实验中,我们对比了L1-SVD方法、OGSBI-SVD方法与本文所提GL-SVD方法对窄带信号源与宽带信号源DOA估计的RMSE与SNR变化的关系. 假设信号从远场入射,入射角度为-10.73°. 窄带信号的快拍数设置为T=500;宽带信号源假设为线性调频(linear frequency modulation, LFM)信号,脉宽为0.5 ms,带宽为200 kHz,采样频率设置为1 MHz, 快拍数为一个脉冲宽度采样点个数500. 如图2所示,3种方法对窄带信号源与宽带信号源的DOA估计精度接近一致. 在单个入射角度的情况下,OGSBI-SVD方法的估计精度低于L1-SVD和GL-SVD,这是因为稀疏贝叶斯推断是非凸的. 由于本文所提GL-SVD方法假设角度域是连续的,随着SNR的增加估计误差接近0,而另外2种方法由于预先在空间划分栅格的原因,估计误差趋向于固定值.3.2 相干信源估计
估计相干信源的能力是DOA估计的一个重要方面,与子空间分解类算法不同,稀疏重构类DOA估计方法可以直接估计相干信源. 在本小节,给出了3种方法对窄带和宽带相干信号源DOA估计的RMSE与SNR的关系. 假设2个相干信号从远场入射,入射角度分别为-10.73°和20.37°. 两个窄带信号的相干系数设置为1,快拍数设置为T=500;两个完全相干的宽带信号源假设为LFM信号,脉宽为0.5 ms,带宽为200 kHz,采样频率设置为1 MHz,快拍数为一个脉冲宽度采样点个数. 如图3所示,3种方法对窄带相干信源与宽带相干信源的DOA估计精度接近一致. 在2个相干信源入射的情况下,随着SNR变化,OGSBI-SVD方法的估计精度几乎不变,GL-SVD方法的估计误差随噪声的减小不断减小;当SNR大于15 dB后,L1-SVD方法的估计误差不再变化;当SNR大于5 dB时,本文所提方法的估计精度高于其他两种方法.进一步考虑两个宽带相干信源重叠比例对估计方法的影响. 如图4所示,宽带信号设置为LFM信号,信号在时域与频域有不同比例的重叠,信号2与信号1的重叠比例分别设置为30%、50%、70%和90%.
本文编号：3114731
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