基于压缩感知和鲸鱼算法的DOA估计算法研究.pdf

中文摘要

波达方向估计作为信号处理领域的重要研究内容，广泛应用于声呐、雷达和通信

等多个领域。随着通信技术的迅速发展，信号带宽需求持续上升，传统Nyquist采样

定律面临高成本、低效率及资源浪费等问题，而压缩感知技术的出现有效地解决了这

些问题，优化了资源分配，避免了资源浪费。与此同时，随着声纳、雷达、通信等领

域频段的不断拓宽，宽带信号的方位参数估计成为当前阵列信号处理研究的重要研

究方向。宽带信号相比窄带信号能携带更多信息，具有较强的抗干扰能力，在信号检

测、参数估计和特征提取方面具有明显的优势。

针对传统算法在低信噪比、小快拍等情况下,波达方向估计精度低的问题，本文

提出了一种基于QR分解的正则化回溯匹配追踪算法(QR-RegularizedBacktracking

MatchingTrackingAlgorithm,QR-RBMP)，以及一种基于鲸鱼算法的宽带信号波达方

向估计算法(WhaleOptimizationAlgorithm-MaximumLikelihood,WOA-ML)，具体工

作内容如下：

1)针对感知矩阵对列独立性要求高以及正则化正交匹配追踪算法正则化思想

不能正确选择原子的问题，本文提出了一种基于QR分解的正则化回溯匹配追踪算

法(QR-RBMP)来进行波达方向估计。该算法首先对感知矩阵进行QR分解，然后将

正则化思想和回溯机制结合完成信号的重构，正则化思想和回溯机制提高了感知矩

阵列原子选择的正确性，进而提高了匹配追踪算法的重构精度。实验结果表明，对于

低信噪比和快照数目较少的情况，该方法提供了更尖锐的空间谱、更好的均方根误差

和更好的分辨成功概率；同时，对于相干信号源，也具有很好的估计效果。

2)针对宽带信号的频谱较宽，需要对多个频率进行估计的问题以及基于最大似

然(MaximumLikelihood,ML)的宽带信号谱估计方法需要多维有哪些信誉好的足球投注网站运算量较大的问题，

提出一种基于鲸鱼与最大似然估计的混合算法来对宽带信号进行波达方向估计。该

算法首先对宽带信号进行离散DFT变换使宽带信号变为J段窄带信号，再利用宽带

聚焦波束空间算法对子频带进行聚焦，然后建立基于ML的DOA估计模型，最后利

用鲸鱼算法逐步逼近正确的DOA估计值。通过仿真实验验证了所提算法其均方根误

差低、分辨成功概率高，具有更好的DOA估计性能。

关键词：DOA估计；QR分解；压缩感知；宽带信号；鲸鱼算法

I

ABSTRACT

Asasignificantresearchareainsignalprocessing,DirectionofArrival(DOA)

estimationiswidelyappliedinvariousfieldssuchassonar,radar,andcommunication.With

therapiddevelopmentofcommunicationtechnology,thedemandforsignalbandwidth

continuestoincrease,posingchallengessuchashighcost,lowefficiency,andresource

wastetothetraditionalNyquistsamplingtheorem.However,theemergenceofcompressed

sensingtechnologyhaseffectivelyaddressedtheseissues,optimizingresourceallocation

andavoidingresourcewaste.Concurrently,asthefrequencybandsinsonar,radar,and

communicationcontinuetobroaden,theestimationofazimuthparame