基于均匀圆阵的改进uca-esprit算法

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1、基于均匀圆阵的改进UCA-ESPRIT算法刘艳廖勇长江师范学院电子信息工程学院重庆大学通信与测控中心摘要：波达方向(DOA)估计是阵列信号处理的研究热点和难点2—。基于阵列天线，利用空间谱估计理论进行DOA估计，提出一种改进算法一一I-UCA-ESPRITo首先根据均匀圆阵(UCA)的中心对称性，将输入信号进行重新排列;然后将重新排列的信号进行实值转换，并对相关矩阵进行特征值分解;最后引入SVD算法，以求解来波信号的方位角和俯仰角。仿真结果表明，该算法不仅适用于D0A估计的非相干信号和相干信号，且优于UCA-RB-

2、MUSIC算法和UCA-ESPRIT算法。关键词：智能天线;D0A;均匀圆阵;UCA-ESPRIT;作者简介：刘艳(1986-)，女，硕士，助教，主要研究领域为阵列信号处理；作者简介：廖勇(1982-),男，博士，副研究员，CCF高级会员，主要研究领域为宽带无线通信与网络，E-mail:liaoy@cqu.edu.cn(通信作者)。收稿日期：2016-10-17基金：国家自然科学基金(61501066)ImporvedUCA-ESPRITAlgorithmBasedonUniformCircularArrayLIU

3、YanLIAOYongDepartmentofElectronicInformationEngineering,YangtzeNormalUniversity;CenterofCommunicationandTT&C,ChongqingUniversity;Abstract：DOA(DirectionofArrival)estimationhasbecomeoneofresearchhotspotsanddifficultiesinarraysignalprocessing.Thispaperdiscussedan

4、improvedalgorithmbyusingthcoryofspecialspectrumestimationbasedonsmartantenna>AnimporvedUCA-ESPRITalgorithmwasdiscussed.Firstly,thearrayoftheinputsignalcanbereorderedaccordingtothecentralsymmetryofuniformcirculararray(UCA).Thenthedataarrayisreal-valuetransforme

5、d,andthecovariancematrixofthetransformedarrayiscarriedoutbyeigenvalucdccomposition.Finally,tosolvetheazimuthangleandelevationangle,SVDiscarriedout.SimulationresultsshowthattheproposedalgorithmisnotonlysuitablefortheDOAestimationofincoherentsignalsandcoherentsi

6、gnals,butalsosuperiortoUCA-RB-MUSICalgorithmandUCA-ESPRITalgorithm.Keyword：Smartantenna;DOA;Uniformcirculararray;UCA-ESPRIT;Received：2016-10-171引言随着移动通信的发展，智能天线的研究已成为了移动通信的热点Z—。智1能天线技术是将所需要的无线电信号导向具体的方向，并产生空间定向波束，从而使天线的主波束对准用户信号的到达方向，而旁瓣或零陷对准干扰信号的到达方向，以消除干扰对系统

7、的影响。而波束形成的关键是准确知道无线电信号的到达方向，因此波达方向(DirectionOfArrival,DOA)估计是波束形成的基础。至今，D0A估计已在雷达、声纳、移动通信等许多场景屮得到广泛应用［1］。目前，D0A估计算法主要有ESPRIT算法⑵、MUSIC算法［3］和WSF算法等［4］。均匀圆阵(UCA)能够得到方位角范围和俯仰角信息，还可提供360。的方位信息。针对UCA的自身特点及传统的UCA-ESPRIT算法不能进行解相干信号估计的缺陷，本文提出一种改进型UCA-ESPRIT算法，即I-UCA-ES

8、PRITo2均匀圆阵的信号模型设M根相同的全方位天线均匀分布在平面内半径为r的圆周上，阵列的圆心是参考点。0表示俯仰角，是指入射信号与z轴之间的夹角；巾表示方位角，沿x轴逆吋针进行测量[5]。在（0,巾）方向上的导向矢量可表示为:其中，，人（§）是第一类Bessel函数。由此可知，在已知工作频率和天线阵列结构时，导向矢量是（0,4））的函数。在t时刻，D个相