基于FFT的数字多波束测向算法研究

低信噪比下的高精度DOA估计是信号处理中的一个难点，传统的DOA测量方法和现代空间谱估计算法只适用于高信噪比环境。该文将传统的振幅测向法、数字多波束形成和FFT相结合，提出了一种基于频域处理的振幅测向算法，仿真实验表明该算法在信噪比为0～−25 dB的噪声环境中可以进行高精度DOA估计。
关 键 词 DOA估计; 多波束形成; 快速傅里叶变换; 低信噪比; 无源雷达

传统的有源雷达由于受到电子侦察、电子干扰、隐形飞行器和反辐射导弹的威胁已不能满足现代电子战的要求，基于非合作性照射源的无源雷达由于具有反电子侦察与电子干扰、反隐身、反反辐射导弹等优点，因此受到世界各国的密切关注并成为一个研究热点[1,2]，而低信噪比下的DOA估计是此类系统的关键技术之一。传统的DOA测量方法有相位法和振幅法，其空间分辨力完全由阵列孔径或天线图尖锐程度决定，因此它们的精度和分辨力都不高；以MUSIC[3]、ESPRIT、TLS-ESPRIT[4]、Root-MUSIC[5]、Beamspace Root-MUSIC[6]、Beamspace ESPRIT[7]为代表的空间谱估计算法具有极高的分辨力和优良的测角精度，同时可以保证空间覆盖范围，空间谱估计算法具有对入射信号到达角估计的渐进无偏性和超分辨特性，可以用于高密度信号环境下无线电测向。当目标反射信号处于信噪比为−10～−30 dB的噪声环境中时，传统的DOA测量方法和空间谱估计算法的性能都将极大降低或基本失效；高阶累积量算法和循环谱估计具有更低的信噪比要求，但真正在这样低的信噪比下能够进行实时处理的有效算法迄今为止还未见公开报道。为此，本文提出一种低信噪比下的DOA估计算法。
1 数字多波束测向
传统的振幅法测向根据测向天线系统侦察信号的相对幅度大小来确定信号的到达方向，数字波束形成为振幅法测向提供了更广泛的应用范围。