计算机仿真

计算机仿真
ECMT可以用于各种雷达通信系统，下面以超视距雷达的DOA估计为例进行仿真和分析，应考虑大型的天线阵列和信号传播的多径效应[4]。信号主要依靠电离层反射，由于电离层是分层、不均匀、时变的媒介，因此来自发射源的电波信号经过不同的途径、以不同的时间延迟到达远方接收端。这些经过不同途径到达接收端的信号，因时延不同而使相位不一致，并且因各自传播途径中的衰减量不同而使电场强度也不同。电波传播时，有经过电离层一次反射到达接收端的一次跳跃情况，也可能有先经过电离层反射到地面再反射上去，经过电离层反射到达接收端的二次跳跃情况。甚至可能经过三跳、四跳后才到达接收端的情况。据统计，短波信道中2～4条路径约占85％，3条最多，2条、4条次之，5条以上可以忽略。这些来自同一个发射电波的多径信号之间是相关的。为了准确地估计来自不同方向的雷达多径信号，为波束形成干扰抑制提供重要的信息，而又不因为大的天线阵增加繁冗的运算量，考虑采用空间平滑的ECMT是个很好的方法。
对此，进行计算机仿真以验证其有效性。仿真中的一些主要参数为：一个64阵元的均匀直线天线阵，阵元间距为6.8 m。雷达工作频段为6～28 MHz，信号带宽为10～40 kHz。下面给出相应的仿真结果。
假设入射信号为2个不相关信号，每个信号有3条相关多径。其到达角度分别如表1所示。
表2和图1是仿真后得到的结果。其中一些主要参数为：平滑因子：L=10；快拍数：N=20；ECMT的修正因子：ξ=0.999。由表2和图1可见，ECMT对相关和不相关信号同时存在的情况下能准确的估计各信号多径的DOA，其误差保持在0.01º的误差量级。

对于信号到达角度比较接近的情况，分别用空间平滑MUSIC和ECMT做了仿真。假设一个信号的3条相关多径到达角度分别为30°、32°和40°，其他参数与前面相同，其结果如图2、图3所示。

图1 ECMT仿真结果        图2 MUSIC方法仿真结果

从图中分别看出，MUSIC方法有时对入射角度比较接近的信号会出现漏报甚至错报的情况。图2中MUSIC谱峰所指示的为32.01°和39.99°，只估计出两个信号的DOA。而图3则表明这种情况下，ECMT的有效性高于MUSIC，从图中还可看出，ECMT准确估计出了3个DOA，分别为30.01°、32.00°和40.01°。不但没出现漏报，而且结果也比较准确。另外，通过仿真和分析，发现ECMT的运算量也比MUSIC的小，因为MUSIC的谱估计需要大量的矩阵运算，而在大型阵列的情况下，运算量会明显增加，因为噪声空间的维数相对较大。而ECMT的谱估计与信号空间维数有关，矩阵运算减少，因此，在大型阵列的情况下具有优势。同时，还可发现ECMT的谱有相对MUSIC稍高的副瓣，只要正确合理检测门限设置，就不会对检测造成影响。

图3 ECMT仿真结果

适于大阵列天线应用的多相关信号方向估计