工程科学学报，第37卷，第12期：1658-1666,2015年12月 Chinese Journal of Engineering,Vol.37,No.12:1658-1666,December 2015 D0l:10.13374/j.issn2095-9389.2015.12.019:http://journals..ustb.edu.cn 空间稀疏角域以及多普勒域下的DOA估计 刘婷12，周杰”，邵根富》 1)南京信息工程大学电子与信息工程学院，南京2100442)东南大学移动通信国家重点实验室，南京21009% 3)浙江杭州电子科技大学，杭州310018 ☒通信作者，E-mail:liutingpn@l63.com 摘要提出可在稀疏角域以及多普勒域下对天线阵列信号向量进行接收和分析的方法，讨论在多普勒频域范围内的D0A 估计问题，并在有效的频带范围内提取信号冲激响应较大的值.在稀疏D0A的恢复过程中采用的是L2.。估计算法，并在多路 天线频谱感知的架构下充分利用D0A所固有的稀疏特性，对其进行稀疏恢复.对于在测试环境中不可避免的噪声问题，分析 三种不同噪声分布下的DOA估计误差问题.仿真结果显示频域范围内的L2.0DOA估计算法具有较低的计算复杂度和较高 的准确度，并且算法对噪声不敏感，鲁棒性较高 关键词波达方向：参数据估计：天线阵列：频谱：压缩感知 分类号TN911.6 Direction-of-arrival estimation under spatial sparse angular and Doppler domains LIU Ting2,ZH0UJie》,SHA0Genf》 1)College of Electronic and Information Engineering,Nanjing University of Information Science and Technology,Nanjing 210044,China 2)National Mobile Communications Research Laboratory,Southeast University,Nanjing 210096,China 3)Hangzhou University of Electronic Science and Technology,Hangzhou 310018,China Corresponding author,E-mail:liutingpn@163.com ABSTRACT The method of receiving the antenna array vector was proposed under the sparse angle domain and Doppler domain. The direction-of-arrival (DOA)estimation problem in the Doppler frequency domain was discussed to extract the relatively large im- pulse response at the band's effective range.The L estimation algorithm was used in the recovery process of DOA estimation,which took full advantage of the inherent sparse characteristics of DOA under the architecture of multi-antenna spectrum sensing.As for the unavoidable noise problem in the testing environment,the mean square error of DOA estimation was also analyzed for different noise distributions.Simulation results show that the computational complexity of the LDOA estimation algorithm in the frequency domain is low and the accuracy is high.Besides,the proposed method is not sensitive to noise and has high robustness. KEY WORDS direction of arrival:parameter estimation:antenna arrays:frequency spectrum:compressed sensing 过去的数年中，DOA估计方法已经被广泛应用于 然方法(maximum likelihood)、旋转不变的信号参数变 各个领域，例如雷达、海域交通、水声追踪以及无线通 化方法(estimation of signal parameters via rotational in- 信领域，关于DOA估计的一些算法也随之应运而生， variance techniques,ESPRIT)-等.这些方法往往都 比较常见的主要有多路信号分类(multiple signal clas-- 需要知道信号数目的先验信息，但是在当今非协作通 sification,MSIC)-、最小方差无畸变响应(mini- 信的环境下，无线设备以及服务器的数目都呈现爆炸 mum variance distortionless response,MVDR)、最大似 性的增长，所以以上这些算法的实用性还有待改进. 收稿日期：2014-10-13 基金项目：国家自然科学基金资助项目(61372128,61471153)：江苏省高校自然科学基金资助项目(14KJA510001)工程科学学报，第 37 卷，第 12 期: 1658--1666，2015 年 12 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 37，No． 12: 1658--1666，December 2015 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2015． 12． 019; http: / /journals． ustb． edu． cn 空间稀疏角域以及多普勒域下的 DOA 估计 刘 婷1，2，周 杰1) ，邵根富3) 1) 南京信息工程大学电子与信息工程学院，南京 210044 2) 东南大学移动通信国家重点实验室，南京 210096 3) 浙江杭州电子科技大学，杭州 310018  通信作者，E-mail: liutingpn@ 163． com 摘 要 提出可在稀疏角域以及多普勒域下对天线阵列信号向量进行接收和分析的方法，讨论在多普勒频域范围内的 DOA 估计问题，并在有效的频带范围内提取信号冲激响应较大的值． 在稀疏 DOA 的恢复过程中采用的是 L2，0估计算法，并在多路 天线频谱感知的架构下充分利用 DOA 所固有的稀疏特性，对其进行稀疏恢复． 对于在测试环境中不可避免的噪声问题，分析 三种不同噪声分布下的 DOA 估计误差问题． 仿真结果显示频域范围内的 L2，0--DOA 估计算法具有较低的计算复杂度和较高 的准确度，并且算法对噪声不敏感，鲁棒性较高． 关键词 波达方向; 参数据估计; 天线阵列; 频谱; 压缩感知 分类号 TN911. 6 Direction-of-arrival estimation under spatial sparse angular and Doppler domains LIU Ting1，2)  ，ZHOU Jie1) ，SHAO Gen-fu3) 1) College of Electronic and Information Engineering，Nanjing University of Information Science and Technology，Nanjing 210044，China 2) National Mobile Communications Ｒesearch Laboratory，Southeast University，Nanjing 210096，China 3) Hangzhou University of Electronic Science and Technology，Hangzhou 310018，China  Corresponding author，E-mail: liutingpn@ 163． com ABSTＲACT The method of receiving the antenna array vector was proposed under the sparse angle domain and Doppler domain． The direction-of-arrival ( DOA) estimation problem in the Doppler frequency domain was discussed to extract the relatively large im￾pulse response at the band’s effective range． The L2，0 estimation algorithm was used in the recovery process of DOA estimation，which took full advantage of the inherent sparse characteristics of DOA under the architecture of multi-antenna spectrum sensing． As for the unavoidable noise problem in the testing environment，the mean square error of DOA estimation was also analyzed for different noise distributions． Simulation results show that the computational complexity of the L2，0--DOA estimation algorithm in the frequency domain is low and the accuracy is high． Besides，the proposed method is not sensitive to noise and has high robustness． KEY WOＲDS direction of arrival; parameter estimation; antenna arrays; frequency spectrum; compressed sensing 收稿日期: 2014--10--13 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 61372128，61471153) ; 江苏省高校自然科学基金资助项目( 14KJA510001) 过去的数年中，DOA 估计方法已经被广泛应用于 各个领域，例如雷达、海域交通、水声追踪以及无线通 信领域，关于 DOA 估计的一些算法也随之应运而生， 比较常见的主要有多路信号分类( multiple signal clas￾sification，MUSIC) ［1--2］、最 小 方差 无 畸 变 响 应 ( mini￾mum variance distortionless response，MVDＲ) ［3］、最大似 然方法( maximum likelihood) 、旋转不变的信号参数变 化方法( estimation of signal parameters via rotational in￾variance techniques，ESPＲIT) ［4--6］等． 这些方法往往都 需要知道信号数目的先验信息，但是在当今非协作通 信的环境下，无线设备以及服务器的数目都呈现爆炸 性的增长，所以以上这些算法的实用性还有待改进．