一种基于双平行均匀线阵的二维DOA估计方法研究

科学论坛　Ｃｈｉｎａ　ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｒｅｖｉｅｗ　●Ｉ　一种基于双平行均匀线阵的二维Ｄ　Ｏ　Ａ估计方法研究　晏光华：俞春华　（１海司信息化部，２南京熊猫汉达科技有限公司）　［摘要］本文研究了一种基于双平行均匀线阵的二维波达方向（ＤＯＡ）估计方法。该方法采用了传播算子（ＰＭ）法，不需要对接收数据使用特征值分解，计算　量较小，同时相比较以往的一些ＰＭ法，该方法有着较好的角度估计性能，并且可以实现二维ＤＯＡ角度的自动配对。最后通过计算机仿真验证了该方法的有效性。　［关键词］双平行均匀线阵　二维波达方向估计　传播算子法　中图分类号：ＴＮ９１　１．２３　文献标识码：Ａ　１．引盲　近年来，二维ＤＯＡ估计成为了研究热点。常用的一些ＤＯＡ｛￣计方法采用了　ＭＵＳＩＣ［１］和ＥＳＰＲＩＴ［２］等算法，但是这些算法需要对接收数据进行特征值分　解，计算量较大。相比较而言，ＰＭ算法［３】采用线性计算，计算量较小。文献［４提　出了一种基于ＰＭ的二维ＤＯＡ估计方法，但是该方法需要额外的配对处理。文　献【５】提出一种新型的基于ＰＭ的二维ＤＯＡ估计方法，该方法可以自动匹配二维　角度，同时具有较好的性能和较低的计算复杂度。论文首先介绍了二维信号模　型，接着介绍了该算法的原理，最后通过计算机仿真验证了该方法的估计效果。　２．信号模型　如图ｌ所示为双平行均匀线阵，接收线阵ｘ１（ｆ）和ｘ２（ｆ）分别有Ｎ＋１和Ｎ　个阵元，阵元间距为ｄ。假设有Ｋ个远场窄带信号入射到阵列中，ｅ　ｋ和　分　别为第　ｋ＝ｌ，２，…，Ｋ　信号ｓｋ（ｔ）的俯仰角和方位角，信号波长为　。　两个子阵列的接收信号矢量分别为：　ｘｌ（ｆ）＝Ａ　ｓ（ｆ）＋Ｗｌ（ｆ）（１）　ｘ２（ｔ）＝Ａ　ｓ（ｔ）＋Ｗ２（ｆ）（２）　其中Ａ　＝【ａ。（　，破），Ⅱ，（　，　），．．．，Ⅱ　（　，　）ｒ，　图１双平行均匀线阵示意图　Ｉ　Ｉ　图２　ＳＮＲ＝１０　ｄＢ时二维ＤＯＡ估计效果图　文章编号：１００９—９１４Ｘ（２０１５）４５—００９３—０２　ｎ　（　，　）＝［１，ｅ一　０ｓ　啦　ｍ　．，ｅ一　。删　。。　。ｉｎ　］　，ｗｌＯ）　、　Ｗ：（ｆ）为噪声矩阵　＝ｙ［ｅ－Ｊ２ｎｄｓｉｎ￣￣ｓｉｎ０，／２，ｅ－ｊ２ｒ．ｄｓｉｎ￣ｓｉｎ０２／Ａ，…，ｅ一　。耐。　。ｍ。　ｒ　．＂ＭＯＯＡ￣计■压　定义一个新的输出阵列为：　ｘ（ｆ）＝　】＝Ａｓ（　ｗ　（３）　＝　］１ｗ（ｆ，＝　……助……据　矩阵为ｘ：［ｘ（１），ｘ（２），．．，ｘ（　）］。将矩阵Ａ分为Ａ＝ｊ　『，其中Ａ１为Ｋ　Ｋ　维非奇异矩阵，Ａ　２为（２Ｎ＋１一Ｋ）ｘ　Ｋ维矩阵，Ａ　２可以用Ａ　１表示为　Ｐ　Ａ１＝Ａ２，此时Ｐ为传播算子矩阵。　接收信号自相关矩阵可表示为Ｒ＝（１／　）∑ｘ（ｔ）ｘ　（ｆ），此时　Ｒ＝［Ｒ　Ｒ：］，在无噪声的情况下得到。在实际应用中，可通过以下最小化处理　公式估计出传播算子矩阵：　（Ｐ）：ｌｌＲ　一Ｒ。ＰＩ；（４）　则Ｐ可以估计为　＝（Ｒ　Ｒ　）　Ｒ　Ｒ　定义新矩阵Ｐｃ＝ＩＫｘＫ　ｆ，在无噪声的情况下，存在ＰｃＡ。：Ａ，再将Ｐｃ　分解为Ｐｃ＝Ｉ三ｌ，其中　代表Ｐｘ的前Ｎ行，则存在ＰｌＡ　＝Ａ　，　ＰｙＡ１　Ａ　，得到　ｙ＝Ｐ　Ｐｙ＝Ａ１　Ａ　（５）　接着对　进行特征值分解，其特征值对应于　的对角单元，特征矢量　为Ａ１的估计值Ａ１＝Ａ１ＩＩ，其中Ⅱ为置换矩阵，ＩＩ～＝ＩＩ，然后可以估计出　面　：ＩＩＯ　Ⅱ　假设　为　ｙ的第ｌ　对角单元，使用Ｐ２定义ｌ，ｘ的最后Ｎ行，Ｐ３定义　Ｐｙ的前（Ｎ一１）行，　定义Ｐｙ的最后（Ｎ—Ｉ）行　＝　＝　一一…　Ｐ１Ａ　为Ａ的前Ｎ行，Ｐ２Ａ　为Ａ的第二行到第（Ｎ＋１）行，Ｐ３Ａ　为Ａ的　第（Ｎ＋２）行到最后一行，Ｐ４Ａ　为Ａ的最后（Ｎ一１）ｆ，则存在　ＰｌＡ１＝Ｐ２Ａ１　ｘ（６）　科技博览ｌ　９３　科学论坛　ｌ■　Ｃｈｉｎａ　ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｒｅｖｉｅｗ　基于制革机械设备的节能研讨　刘　杨　（山东烟台万华超纤股份有限公司２６４０００）　［摘要］随着我国国民经济的快速发展和社会的不断进步，在各种建设取得巨大进步的同时，也消耗了巨大的能源资源，带来了严重的环境污染问题。因此，　节能成为当今时代发展的重要主题之一，尤其体现在一些耗能高，污染严重的工业方面，制革业是典型的代表。机械设备是生产力发展的重要标志之一，为了更好　的全面贯彻落实科学发展观，建设资源节约型、环境友好型社会，促进我国国民经济和社会发展在安全的环境下完成，我们对此展开了相关分析，基于制革机械设　备的节能研讨，发现存在的问题，并且提出了相关改进发展的建议。　，　［关键词］制革机械设备，节能环保，　中图分类号：ＴＳ５３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—９１４Ｘ（２０１５）４５—００９４—０１　制革机械设备是制革业发展的重要基础，随着经济的快速发展，制革设备　的机械化也日益完善。在一定程度上，机械化大大提高了制革的工作效率，节约　了生产成本，并且机械化促进了机械工业的发展，而机械工业作为我国国民经　济和国防建设提供技术装备的基础性及战略陛的支柱产业，肩负着国民经济各　行业及国防建设提供装备的重任，它所生产的产品是否先进、高效、节能和环　保，直接影响着制革行业的经济效益大小与能源消耗多少和所产生的污染物的　排放量，这也是为什么要对制革机械设备实现节能的原因。　制蕈机械设备节能的Ｉ要性　随着改革开放的程度不断加深，节能环保问题受到越来越多的关注和重　视，俨然已经发展成为了我国社会各界非常关心的问题之一，社会各界也为实　现节能环保做出了一些努力，比如：国家针对节能环保问题出台了一系列政策　措施，完善相关法律法规，减少法律上的漏洞，社会各界严格遵守相关法律法　规，从自我做起，为实现节能尽一份微薄之力［１】。但是就目前的节能情况而言，　相比能源的消耗巨大和环境的严重破坏，我国仍然面临着较大的节能环保问题　及节能减排的压力，为了实现制革也对国民经济发展和国家建设做出积极贡献　的目的，近几年来，制革机械行业不仅一直高度重视还大力推进节能环保工作　的实施，始终以为国民经济各行业提供先进、节能装备为己任，促进经济社会的　可持续发展。制革机械设备节能的重要性主要有以下几大要点：首先，贯彻国家　的发展目标，坚持走可持续发展的道路，为实现节能尽力ｔ其次，制革机械设备　由于技术和管理各种原因，在能源消耗和环境污染两方面还存在巨大缺陷，使　用后所产生的污染排放量居高不下，制革机械设备的节能可以为环境保护和能　源资源的节约带来显著效果，再其次，节能环保一直是各行各业发展的主题，产　业的发展不能以环境破坏为代价，要实现资源节约型社会、环境友好型社会的　建设，必须对制革机械设备实施节能；最后，制革机械设备的节能可以为制革行　业带来巨大利润，能源资源的节约可以节约生产成本，减少环境污染，提高生产　技术，促进企业的和谐发展。　一．场影响力和国际竞争力的自主制革机械设备商标，我国制革机械设备至今依然　处于制革产业链中的下游，即低产值，高消耗，高污染。对此，我们要大力发展制　革机械设备的科学及时水平，提高制革机械设备产品技术的含量，提高能源的　回收利用率。　第二，大部分制革企业的自主创新能力比较弱。其实就我国总体的产业企　业而言，大部分的企业多缺乏自主创新能力，在自主创新方面的要求都相对较　低，自主创新能力比较弱，导致制革机械设备的发展不能很好的适应制革机械　设备结构升级的需要，市场竞争力不强［３】。在机械设备方面对外来进口产品的　依赖性很强，导致在制革机械设备等关键产品的科学技术水平比较低，致使能　源、原材料消耗巨大和环境污染的增加［４］。因此，我们需要发展制革机械设备行　业的蜘蛛创新能力，可以针对对制革机械设备已发现的问题做出改变，解决能　源、原材料消耗巨大和环境污染的增加的问题，实现制革机械设备的节能。　第三，制革企业要定期对制革机械设备节能的相关人员做好技术培训，在　合适的时间、适当的阶段要做好人才的定期培训。企业要加大对制革机械设备　实现节能的资金支持，促进人们对制革机械设备实现节能重要性的理解，积极　鼓励多人员进行培训，派遣相关专家进行对员工进行讲座知识培训，加强相关　人员对制革机械设备节能的理解和重视［５１。同时也要积极组织好大家对理论知　识的学习，除此之外，也要结合实际和具体的案例进行分析，开展实地演练，只　有在平时更多地练习，做好技术总结和经验的把握才可以为以后工作的运行做　好更多的铺垫，为以后解决困难提供更多的帮助。在培养人才方面，要鼓励学校　培养更多更高素质，施工水平一流的专业人员，加强对学校的监督与管理，努力　促进学校人才培养战略的实行。　结语：为了早日实现我国制革机械设备的节能目标，制革行业及机械行业　必须要同心协力，为促进我国经济的友好发展共同努力。　参考文献　［１惮志华．深入我国制革工业清洁生产改造［Ｊ］．皮革科学与工程．２０１１（０５）　［２】兰莉，余陆沐，宋汝强，邵双喜，单志华．利用Ｙ形转鼓促进染整的节能节　水【Ｊ］．中国皮革．２０１０（０３）　【３　茂水，单福征，赵军．制革电镀业基地的多元污染减排机制与实证一　以温州鹿城为例［Ｊ１．中国资源综合利用．２０１１（０１）　［４】文怀兴，章川波，褚园．皮革真空湿加工设备与工艺的研究［Ｊ］．真空科学　＝　制蕈机槭设备节能存在的问盟和解决措施　第一，制革行业总体科技技术水平落后，产品技术含量低，能源利用效率　低。一是信息技术在我国快速发展，但没有在制革行业得到很好的消化和利用，　换而言之，就是信息技术在绿色制造业、制造业与高新技术广泛融合以及信息　技术融人传统制造业等领域的水平，远远落后于世界的先进水平。二是制革机　械设备普遍为成套的生产设备，导致制革机械设备生产能力弱，缺乏具有系统　设计、系统成套和节能的要求；三是品牌的缺失【２］。由于缺乏大型品牌的商标作　为职称支撑，特别是缺少一批能与国外知名制革机械设备相抗衡、具有一定市　与技术学报．２００９（０３）　［５】许亚明，任明，刘学伟．皮革样胃癌２４例临床分析［Ｊ】＿中国实验诊断学．　２００９（１１）　方法能够有效地估计出短波信号的二维ＤＯＡ。　５．结论　本文研究了一种基于双平行阵列的二维ＤＯＡ估计方法。该方法采用ＰＭ算　法，计算量较小，同时可以实现二维ＤＯＡ角度的自动配对，最后通过计算机仿　真验证了该方法性能。　Ａ１＝Ｐ４Ａ１　ｘ（７）　可以得到：　Ｂ２＝Ｂｌ西ｘ（８）　参考文献　其中　ｘ＝ⅡｍｘⅡ，　＝ｄｉａｇ［ｅ一　ｉ　地＾蛐　Ｍ，ｅ—ｊ　耐锄　锄　ｍ，…，ｅ—Ｊ　姐　血　ｒ。　ｌ　Ｓｃｈｍｉｄｔ　Ｒ　Ｏ．Ｍｔｌｆｔｉｐｌｅ　ｅｍｉｔｔｅｒ　ｌｏｃａ￣ｏｎ　ａｎｄ　ｓｉｇｎａｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　假设Ｂ　２的第ｋ个对角单元为　，定义　＝一ａｎｇｌｅ（￣　）一ｊａｎｇｌｅ（］￣　）　俯仰角和方位角可以估计为：　ｅ￣ｉｍａｔｉｏｎ［Ｊ】．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．ｏｎ　Ａｎｔｅｎｎａｓ　Ｐｒｏｐａｇａｔ．，１　９８６，３４：２７６—　２８０．　２　Ｒｏｙ　Ｒ．Ｋａｉｌａｔｈ　Ｔ．ＥＳＰＲＩＴ—Ａ　ｓｕｂｓｐａｃｅ　ｒｏｔａｔｉｏｎ　ａｐｐｒｏａｃｈ　ｔｏ　＝ａｎｇｌｅ（ｒ￣　）（９）　ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐａｍｍｅｔｅｒ　ｏｆ　ｃｉｓｓｏｉｄ　ｉｎ　ｎｏｉｓｅ［Ｊ】．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．ｏｎ　Ａｃｏｕｓｔ．，　Ｓｐｅｅｃｈ，Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，１９８６，３４：Ｉ３４０－ｌ３４２．　３　Ｍａｒｃｏｓ　Ｓ，Ｍａｒｓａｌ　Ａ，Ｂｅｎｉｄｉｒ　Ｍ．Ｔｈｅ　ｐｒｏｐａｇａｔｏｒ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　０　ｋ＝ａｒｃｓｉｎ（ａｍｐ（ｒ￣　）　／２ｒｉｄ）（１０）　４．仿真实验　我们在ＭＡＴＬＡＢ环境下对该方法进行仿真。假设频率为５ＭＨｚ的两个短波　信号被双平行均匀线阵所接收，其中Ｎ＝９，相邻阵元间距为信号波长的一半。　两个短波信号的二维角度分别为（４０。，３５。）和（６０。，５０。）。阵列接收噪声为白高　斯噪声，信噪比ＳＮＲ＝１０ｄＢ。从图２所示的二维ＤＯＡ估计效果图可以看出，该　９４　ｉ科技博览　ｓｏｕｒｃｅ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｓｉｎａｌｇ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．，１９９５，４２：１２１－１３８．　４　Ｗｕ　Ｙ．Ｌｉａｏ　Ｇ．Ｓｏ　Ｈ　Ｃ．Ａ　ｆａｓｔ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｆｏｒ　２－Ｄ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ－　ｏｆ－ａｒｒｉｖａｌ　ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｓｌｇｎａ￣Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．，２００３，８３：１８２７－１８３１．　５　Ｌｉ　Ｊ　Ｆ。Ｚｈａｎｇ　Ｘ　Ｆ。Ｃｈｅｎ　Ｈ．Ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ＤＯＡ　ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｆｏｒ　ｔｗｏ－ｐａｒａｌｌｅｌ　ｕｎｉｆｏｒｍ　ｌｉｎｅａｒ　ａｒｒａｙｓ　ｕｓｉｎｇ　ｐｒｏｐａｇａｔｏｒ　ｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．，２０１２，９２：３０３２—３０３８．