基于均匀线阵的改进MUSIC算法

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MUSIC算法是一种基于矩阵特征空间分解的方法。从几何角度讲,信号处理的观测空间可以分解为信号子空间和噪声子空间,显然这两个空间是正交的。信号子空间由阵列接收到的数据协方差矩阵中与信号对应的特征向量组成,噪声子空间则由协方差矩阵中所有最小特征值(噪声方差)对应的特征向量组成。MUSIC算法就是利用这两个互补空间之间的正交特性来估计空间信号的方位。噪声子空间的所有向量被用来构造谱,所有空间方位谱中的峰值位置对应信号的来波方位。MUSIC算法大大提高了测向分辨率,同时适应于任意形状的天线阵列,但是原型MUSIC算法要求来波信号是不相干的。
560 吉林大学学报(信息科学版) 第28卷 M (10 显然,JJn=lM,Y(n)的协方差矩阵 R = elY(n)y(n)]=jMA RS(AJy+8IM=HRIJ 令矩阵 lagle -i(M-1)w1 e-i(M-1)o - j(M-1)v (12) 则 JMA AD (13) 对非相关源,矩阵Rs应为实对角阵,将式(12)代人式(13),并利用对角阵乘积可交换顺序的性质,及 D"D=IM得 Rry ArosA+SI (14) X(n),Y(n)的互协方差矩阵 Rr elxry 15) Ru = Rxx +jyrxy (16) R2=Ry +JMRYyM (17) R R JuRy/ (18) 则总的协方差矩阵 R R R 3 (19) 然后再根据修正后的协方差R进行传统 MUSIO估计。 4计算机仿真实验 针对改进 MUSIC算法进行计算机仿真。 仿真1阵元数M=6,信源数=3,阵元间距d=A,角位置a=40°,m2=90°,a3=140°, 3个信源之间为全相干。信源相干系数p1=p2=p3=1,信噪比RsN=1.97dB,快拍数L=1024。分 别对改进MUS算法、传统的MUSC算法进行仿真,实验结果如图1和图2所示。 -9.0 95 15 10.0 想-105 粳5 -110 12.0 020406080100120140160180 020406080100120140160180 角度/(°) 角度/(°) 图1信号全相千下的改进MUSC算法 图2信号全相干下的传统MUSC算法 Fig. 1 Estimated spectra using the new modify-MUSIC Fig. 2 Estimated spectra using the MUSIC algorithmic when signals are coherent algorithmic when signals are coherent 第6期 姚林宏,等:基于均匀线阵的改进MUSC算法 561 仿真2阵元数M=5,信源数/=3,阵元间距d=A,角位置a=40°,2=80°,3=120°, T 信噪比RsNR=16dB,信源之间为非相干,快拍数N=512。分别对改进MUSC算法、传统的 MUSIC算 法分别进行仿真,实验结果如图3和图4所示。 120 100 100 蜘 60 40 0 20406080100120140160180 020406080100120140160180 角度/(°) 角度/(°) 图3非相干信号下的改进MUSC算法 图4非相干信号下的传统 MUSIC算法 Fig 3 Estimated spectra using the new modify-MUSIC Fig 4 Estimated spectra using the MUSiC algorithmic when signals are incoherent algorithmic when signals are incoherent 5结语 从仿真结果可以看出,当信源为非相下时,传统的MUSC算法和笔者提出的算法都能很好地测定 H信号的波达方问;当信源为相干吋,传统MUSC算法则失去了效能,不能准确地估计信号的波达方 向,而采用笔者提出的算法则能很好地估计信号的波达方向。 笔者提出的算法在很大程度上改进了传统MUS算法,在去相关性能方面有很大提高。该算法可 直接解决相干信源的问题,而且不需要其他附加条件就能很好地达到解相干的目的,但由于该算法要分 别计算R1、R2、R3,而且还要求其平均,所以推导公式复杂,从而导致计算量大的问题。如果将该算 法运用到其他复杂阵列(如圆阵、L型阵、面阵等),计算量大、计算复杂的问题亟待解决,这是今后 有待提高的问题。 参考文献 [1]张贤达.现代信号处理[M]北京:清华大学出版社,2003 ZHANG Xian-da. Modern Signal Processing [M. Beijing Tsinghua University Press, 2003 2]王永良空间谱估计理论与算法[M].北京:清华大学出版社,200 WANG Yong-liang, Theory of Spatial Spectrum Estimation and Algorithm [M]. Beijing: Tsinghua University Press, 2004 [3 ]SCHMIDT R O. Multiple Emitter T ocation and Signal Parameter Estimation [J]. IEEE Trans on AP, 1986, 34(3): 276- 4]魏凤梅.前/后向空间平滑算法与修正MUS算法对相关信源DOA佔计性能的比较[J/O.].电子科技,2004 [2010-06-12].http://epub.educnkinet/grid2008/detail.aspxfilename=dzkk200408005&dbnaMe=cJfd2004 WEI Feng-mei. A Comparison of the FB Smoothing Technique with MMUSIC in Performance with Respect to Coherent Signal DoaEstimation[j/oL].Electronic't'echnology,2004[2010-06-12].http://epub.educnkinet/grid2008/detail asPx? filename=DzKK200408005&dbname = CJFD2004 5 ]PILLAI S U, KWON B H. Forward/ Backward Apatial Smoothing Technique for Coherent Signal Identification [J]. IEEE Trans on ASSP, 1989, 37(1):8-15 6]王布宏.相干信源波达方向估计的加权空间半滑算法[J/OL].通信学报,2003[20105-12].ht;:!/ Epub.edu auki. nev grid2008/delail. aspx? filename TXXB200304004&dbname CJFD2003 WANG Bu-hong. Weighted Spatial Smoothing Algorithm for Dircction of Arrival Estimation of Coherent Sources [J/OL]. Jour nalofChinaIrstituleofCommunications2003[2010-05-12].http://epub.eduenki.net/grid2008/detail.aspx? 562 吉林大学学报(信息科学版) 第28卷 filename = TXXB200304004 &dbname = CJFD2003 7]董攻.一种改进的空间平滑算法[JOL.电子与信息学报,2008[20100402].hp:∥epmb.edu.crk.net grid2008/detail. aspx? filename DZYX200804025&dbname =CJFD2008 DONG Mei. An Improved Spatial Smoothing Technique [ J/OL]. Journal of Electronics Information Technology, 2008 [2010-04-02].http://epub.educuki.nevgrid2008/delail.aspx?fileame=dzyx200804025&dbnaMe=Cjfd2008 8]李石岗.宽带信号DOA估计的种快速算法[J.吉林大学学报:信息科学版,200,27(1):15 LI Shi-gang. Fast Algorithm for DOA Estimation of Wideband Signals [ J]. Journal of Jilin University: Information Science E dion,209,27(1):1-5. [9]吴海菁.相十信号源的空问平滑算法及其改进[J/0L].信息工程大学学报,2001「201005-02」.htp:∥/epub edu. enki. net/ grid2008/detail. aspx filename= XXGC20010401 1 &dbname = cjfd2001 WU Hai-jing. Space Smooth Algorithm for the Calculation of a Coherent Signal Source and Its Improvement [J/OL].Journal ofInformationEngineeringUniversity2001l2010-05-02.http://epub.educnkinet/grid2008/detail.aspx? file XXGC20010401 I &dbname cifd2001 [10RAO B D, HART K V S. Effect of Spatial Smoothing on the Performance of MUSIC and the Minimum-Norm Method [J IEEE Proc,1990,137(6):449458. (责任编辑:何桂华)

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xwbao913 很好的资料
2016-03-28
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lmqlucy 一种解相干的方法,还没看,先下载下来
2014-11-27
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