基于独立分量分析的波束空间波达方向估计作者信息：陈晋央1,2，王志民2，汪杨2，吴瑛2（1总参工程兵科研三所洛阳471023）（2解放军信息工程大学信息工程学院郑州450001）摘要：波束空间变换是波达方向估计算法中重要的预处理方法，该方法适合大阵列、小信号源数的场合，可以有效的降低算法运算量，但是目前存在的波束空间类DOA估计算法大多需要预知信号的大致来向，同时对阵型有要求。为了解决上述问题本文提出一种基于独立分量分析的波束空间DOA估计算法，该算法使用独立分量分析方法获得波束形成变换矩阵，该算法对阵型无要求、无需知道信号来向并且具备较强的角度分辨能力。仿真实验验证了本文算法的有效性。关键词：波达方向估计；波束空间；独立分量分析；均匀圆阵：TN911.7：1005-9830（2009）00-0000-00BeamspaceDirectionofArrivalAlgorithmBasedonIndependentComponentAnalysis(1TheThirdEngineerScientificResearchInstituteoftheHeadquartersoftheGeneralStaff,Luoyang471023,China)(2InstituteofInformationEngineering,PLAInformationEngineeringUniversity,Zhengzhou450001,China)Abstract：Beamspacetransformationisanimportantpreprocessingmethodofdirectionofarrival(DOA),whichfitsthelargearrayandsmallsourcenumbersituationandisabletoreducecomputationalcomplexity,buttheexistingbeamspaceDOAalgorithmsneedtheapproximatedirectionsofsignalsandcannotfitallarrays.Inthispaper，abeamspaceDOAalgorithmbasedonindependentcomponentanalysis(ICA)isproposedtosolveaboveproblems.ThealgorithmgetsthebeamspacetransformationmatrixusingICAandhashighresolution,whichhasnorequestforarraymanifoldandapproximatedirectionsofsignals.Simulationresultsrevealtheeffectivenessofproposedalgorithm.Keywords：directionofarrival;beamspace;independentcomponentanalysis;uniformcirculararray波达方向(DirectionofArrival,DOA)估计是阵列信号处理的一个基本问题，也是雷达、通信、声呐等众多领域的重要任务之一。经典的MUSIC(MultipleSignalClassification,MUSIC)、ESPRIT(EstimationSignalParameterViaRotationalInvarianceTechniques,ESPRIT)等DOA估计算法都建立在阵元空间基础上[1]，即每个阵元都对应于一个数据处理的通道，对于大阵列、小信号源数的场合，往往使用波束空间DOA估计算法来降低算法的运算量。波束空间是指先将空间阵元通过变换合成几个波束，再利用合成的波束数据进行DOA估计。文献[2]提出了一种改进的波束空间DOA估计算法，具有较好的性能但是该算法使用基于DFT的波束形成方法，该波束形成方法存在伪DOA估计结果的问题。对于直线阵有多种不同形式的波束空间DOA估计算法，文献[3]进行了全面的阐述和性能分析，文献[4]证明了一种对于均匀直线阵最优的波束形成器。对于圆阵的波束空间算法相对较少，文献[5]利用相位模式激励将均匀圆阵(UniformCircularArray,UCA)从阵元空间映射到了波束空间,提出了UCA-ESPRIT算法，该算法解决了二维DOA估计和参数配对问题，但是算法的测向自由度受孔径比和阵元个数的影响较大。文献[6]对均匀圆阵的波束空间变化进行了详细的分析，指出了UCA-ESPRIT算法的波束变换方法带来的各种误差。波束空间类算法的核心是通过降维处理使运算量降低，目前的波束空间类算法主要经过两个步骤：（1）进行波达方向粗略估计，大致确定目标信号的方向范围，通常采用波束扫描的方法确定目标信号的大致方位。（2）选择覆盖该区域的几个连续的波束输出，进行波束空间变换后，再用经典DOA估计算法进行超分辨估计。在实际应用中，波束空间DOA估计算法有两个问题：第一是波束变换矩阵的选取大多是针对于直线阵的，对于圆阵等具备二维DOA估计能力阵型的波束变换矩阵研究较少。第二是需要预先知道信号的大致来向。为了解决以上问题，本文基于独立分量分析(IndependentComponentAnalysis,ICA)理论，提出了一种新的波束变换矩阵，该波束变换矩阵无需知道信号来向、对阵型无限制，通过该波束空间变换矩阵将阵元域数据变换到...