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基于空域分割的DS-MUSIC算法

來源：電子技術應用2011年第5期

張珂, 張劍云

電子工程學院 305教研室, 安徽合肥230037

摘要： 為解決MUSIC算法在DOA估計時空域搜索計算量大的問題，根據FFT輸出序列點數有限的特點，分析了空間FFT測量值與實際值的關系；建立了空域分割的概念以及與測量值對應的模糊范圍的概念；給出了可快速計算模糊范圍的相鄰值平均法；最終提出了基于空域分割的DS-MUSIC算法。該算法采用SSS-FFT算法進行空域分割并確定來波入射角的模糊范圍，再使用MUSIC算法在限定的空域范圍內搜索。該算法與經典MUSIC算法相比，有效減小了計算量，提高了抗噪聲性能。理論分析與仿真實驗證明了該算法的有效性。

關鍵詞： 空域分割空間FFT 模糊范圍 DOA估計陣列信號處理

中圖分類號： TN95；TN98
文獻標識碼： A
文章編號： 0258-7998(2011)05-0114-04

DS-MUSIC algorithm based on division of space

Zhang Ke, Zhang Jianyun

Lab 305 Electronic Engineering Institute, Hefei 230037, China

Abstract： In order to reduce the computational complexity of MUSIC algorithm in space searching, on the basis of the fact that the FFT’s output sequence is finite, the relationship between spatial FFT’s calculated value and the real value is analyzed, the concept of division of space and the concept of fuzzy boundary corresponding to calculated value are established，the method of averaging consecutive numbers is proposed for calculating the fuzzy boundary, the DS-MUSIC algorithm based on division of space is ultimately proposed. It adopts the SSS-FFT algorithm to achieve division of space and calculates the DOA’s fuzzy boundary, then it searches in the limitative space with MUSIC algorithm. Compared with the classic the MUSIC, it can reduce the computational complexity effectively and improve antinoise performance. The theoretical analysis and simulation results demonstrate that the algorithm is effective.

Key words : division of space; spatial FFT; fuzzy boundary; DOA estimation; array signal processing

論研究和仿真實驗均表明，在陣元數一定的情況下，該算法可得到比空間FFT算法更高的分辨率以及比MUSIC算法更快的速度。在信源數已知時，其估計性能要優于經典MUSIC算法。

2 空域分割理論
2.1 空間FFT測量值與實際值的關系
從式(5)與式(6)可得：空間FFT的結果只能顯示L

同等條件下,圖5給出了兩種算法在SNR∈[-10 dB,20 dB]時DOA成功概率的比較。如圖5所示,當SNR≥-10 dB時,兩種算法的成功概率幾乎相當；當SNR<-10 dB時，DS-MUSIC的估計性能要優于經典MUSIC，這是因為前者使用SSS-FFT算法進行空域分割，該算法的抗噪聲性能遠遠優于參考文獻[4]使用的單次快拍FFT[7]，為后續MUSIC的空域搜索限定了一個較為準確的模糊范圍SCH,使得其余范圍可能出現的偽峰不會影響算法性能。因此DS-MUSIC算法的性能要優于參考文獻[4]提出的多波束-MUSIC算法，在處理信源數已知的DOA估計時要優于經典MUSIC算法。

理論分析和仿真實驗表明，相對于經典MUSIC，在同樣精度的情況下，該算法由于縮小了譜峰搜索范圍而降低了運算量；同時由于采用SSS-FFT算法為后續MUSIC的空域搜索限定了一個較為準確的模糊范圍而提高了抗噪聲性能。此方法可以在較短的時間內獲得良好的DOA估計值，從而為工程應用提供了一種性能良好的快速DOA估計算法。
參考文獻
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[4] 計征宇,楊向華.基于FFT與MUSIC的改進DOA估計算法[J].系統仿真學報,2010,22(2):487-490.
[5] (美)Richard G. Lyons著. 數字信號處理(第二版)[M].朱光明,等譯.北京:機械工業出版社,2006:31-33.
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