【最新成果】近场非圆信号参数快速估计算法

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传统阵列信号处理通常假设信号源位于天线阵列的远场区域（夫琅霍费区，Fraunhofer Region），此时信号源与阵列的距离远大于阵列孔径，信号到达各阵元的波前差异不大，所以远场的电磁波传播模型可以用平面波来近似。远场信号源的波前仅与到达方向（DOA）有关。然而，当信号源位于天线阵列的近场区域（菲涅尔区，Fresnel Region），信号波阵面在天线阵列的孔径渡越无法忽略，此时信号到达阵列的波前需要用球面波模型进行描述，不能再近似为平面波。随着大规模、超大规模阵列以及分布式、网络化阵列的出现，导致很多感兴趣的目标位于近场区域，传统的远场信号检测算法已不再适用，近场参数估计为这一类信号源的检测提供了一种有效的解决手段。除此之外，近场情况还出现在声呐系统、麦克风阵列技术以及近场通信等实际场景中。

不同于远场参数估计问题，由于近场源的波前不仅与DOA有关，还与信号源的距离有关，因此近场源的参数估计问题较之远场更为复杂。现有近场参数估计算法通常采用高阶统计量、高维搜索或压缩感知等方法，所需运算量巨大，如何有效降低算法运算复杂度具有非常重要的理论意义和实用价值。

图1 阵列接收近场源信号示意图

针对该问题，西安电子科技大学陶海红教授团队基于对称的均匀线阵提出了一种近场非圆信号参数的快速估计算法，采用多项式求根的方法有效地降低了运算复杂度，同时利用信号的非圆特性提高了参数估计的自由度。

该工作拟发表在《雷达学报》2020年第4期“雷达智能探测新技术”专题“近场非圆信号参数快速估计算法”（宋嘉奇，陶海红），现已网络优先出版。

该文基于信号的非圆特性以及阵列的对称性对近场导向矢量进行解耦，并利用多项式求根取代传统的谱峰搜索对近场源的角度及距离参数进行快速估计。基于给定的阵列结构，建立了非圆信号参数估计的多项式数学模型，然后对其进行求根即可获得近场信号源位置参数。所提算法采用多项式求根的方法有效地降低了运算复杂度，同时利用信号的非圆特性提高了参数估计的自由度。通过性能分析和计算机仿真实验可以看出本算法可以分辨更多的近场非圆信号，并且参数估计性能有所提升，更接近于近场源参数估计的克拉美罗界。

图2 RMSE-信噪比曲线图

图3 算法运算时间比较

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