引言

在無線通信、雷達系統(tǒng)和聲納系統(tǒng)等領(lǐng)域中，高性能信號到達方向估計對于目標(biāo)識別、干擾抑制和信號增強等任務(wù)至關(guān)重要[1]。然而，在實際環(huán)境中，天線陣列射頻接收前端的非理想傳輸特性將引入陣列接收通道的幅相誤差，導(dǎo)致實際陣列流型偏離理想陣列流型[2]，若直接采用空間譜算法，DOA估計性能下降，且測角誤差明顯增加。因此，陣列通道誤差校正對空間譜DOA至關(guān)重要。在空域抗干擾需求下，對陣列通道誤差校正后進行測向具有重要理論意義和實用價值[3]。

隨著對陣列誤差研究[4]的不斷深入，通過建模將陣列誤差校正問題轉(zhuǎn)化為參數(shù)估計問題，這種校正方法主要分為自校正[5-7]和有源校正[8-10]兩類。自校正方法主要是通過聯(lián)合優(yōu)化實現(xiàn)誤差校正和方位估計，利用陣列結(jié)構(gòu)和誤差矩陣的特殊形式進行矩陣變換，需要對數(shù)據(jù)進行二維搜索，運算量較大，實際應(yīng)用有難度。有源校正是已知精確方位信息的輔助信源，通過代數(shù)方法得到通道誤差估計值，運算量小，校正效果好。對于線形天線陣，對單輔助源的校正位置無特殊要求，因此單輔助源校正便于實際應(yīng)用。

針對強干擾環(huán)境下弱目標(biāo)信號的DOA估計，傳統(tǒng)DOA估計方法如多重信號分類法和旋轉(zhuǎn)不變子空間算法[11]等，在強干擾條件下往往無法準(zhǔn)確估計弱信號DOA，尤其是干擾和目標(biāo)信號存在同一波束內(nèi)時，弱目標(biāo)信號可能被淹沒在強干擾的譜峰中[12]。因此，若要實現(xiàn)微弱信號DOA估計，就必須進行干擾抑制。在空間譜估計領(lǐng)域，有以下處理方法：一是同時估計強、弱信號波達方向的信號分離法[13]，但是需要不斷迭代去實現(xiàn)，存在運算量大、復(fù)雜度高難以用于實際。二是先對強干擾進行空域抑制，然后估計弱信號到達方位角，其中為代表的特征波束法[14]，在子陣上進行波束形成，產(chǎn)生波束零陷抵消干擾，進而估計目標(biāo)信號。干擾阻塞法[15-16]通過強干擾先驗信息構(gòu)建阻塞矩陣，在陣列流型中抵消干擾；擴展噪聲子空間方法通過對強干擾和噪聲構(gòu)建擴展的噪聲子空間[17-18]，然后進行空間譜DOA估計。干擾阻塞法需要精確已知干擾來波方向，否則干擾阻塞矩陣有誤差，對干擾信號空間譜抑制有影響，實際應(yīng)用有難度。擴展噪聲子空間算法無需干擾來波的方位信息，從矩陣特征值判斷干擾信號屬性，實際應(yīng)用更為便利。但已有研究工作對上述算法多以理論仿真為主，很少構(gòu)建硬件平臺進行算法驗證。

針對上述問題，本文研究空間譜擴展噪聲子空間（Extended Noise Subspace, ENS）算法結(jié)合改進的通道幅相誤差校正，在強干擾抑制條件下對弱信號的空間譜估計。由于計算機模擬仿真和實際應(yīng)用有差別，因此需基于硬件平臺采集數(shù)據(jù)，對干擾信號空間譜抑制算法進行外場驗證。通用軟件無線電[19]外設(shè)具有射頻接收前端和基帶數(shù)據(jù)預(yù)處理能力，以軟件編程方式實現(xiàn)多種功能，為算法驗證提供了理想平臺。本文在理論仿真基礎(chǔ)上，以USRP、八單元均勻線形天線陣和上位機構(gòu)建DOA驗證系統(tǒng)，在臨近干擾信號條件下，對弱目標(biāo)信源進行DOA估計。實驗表明了改進誤差校正算法與擴展噪聲子空間算法結(jié)合，可實現(xiàn)臨近干擾條件下的弱信號DOA估計，具備實際應(yīng)用價值。

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作者信息：

孫家寶1，2，施偉2，王身云1

（1.南京信息工程大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，江蘇 南京 210044；2.國防科技大學(xué)第六十三研究所，江蘇 南京 210007）