Direction finding with a uniform circular array via single snapshot processing

• Published in: Signal processing 1997, Vol.56 (1), p.17-31
• Main Authors: Koç, Arzu Tuncay, Tanik, Yalçin
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Circular array; Direction finding; Linear prediction; Single snapshot
• ISSN: 0165-1684; 1872-7557
• DOI: 10.1016/S0165-1684(96)00147-8

In this work a new algorithm for multiple emitter direction finding by using a uniform circular array is proposed. The algorithm is based on single snapshot processing, and therefore, it has no restriction on the coherency of the sources. The problem formulation is based on the transformation of the snapshot. The transformed sequence is formed by taking the discrete Fourier transform of the snapshot and weighting it suitably. It contains the so-called distortion terms, which are taken into account by using an iterative correction scheme to improve the estimation accuracy. The convergence is achieved in a few steps, and a significant performance improvement is observed when the distortion terms are taken into account. The proposed bearing estimation algorithm is based on the linear prediction method developed in this study, in which the prediction filter coefficients are found by replacing the weighted data matrix by a specified rank approximation, which is obtained by its singular-value decomposition. The direction of arrival estimates are obtained from the angular locations of the prediction-error filter zeros. It is observed through computer simulations that the algorithm performance is improved as compared to that of the forward-backward linear prediction (FBLP) and the modified FBLP methods by choosing an appropriate rank for the approximating matrix. The root-mean-square errors are close to the Cramér-Rao bounds in most cases, where the aforementioned methods fail to work. Ein neuer Algorithmus zur Richtungsbestimmung mehrfacher Quellen unter Verwendung eines gleichmäβigen kreisförmigen Arrays wird hier vorgeschlagen. Der Algorithmus beruht auf der Verarbeitung einzelner Schnappschüsse und weist deshalb keine Anforderungen an die Kohärenz der Quelle auf. Die Problemformulierung beruht auf der Transformation des Schnappschusses. Die transformierte Folge wird durch diskrete Fouriertransformation des Schnappschusses und geeignete Gewichtung gebildet. Sie enthält die sogenannten Verzerrungsanteile, welche zur Verbesserung der Schätzgenauigkeit mit Hilfe eines iterativen Korrekturschemas erfaβt werden. Konvergenz wird in wenigen Schritten erzielt, und bei Erfassung der Verzerrungsterme ist eine bedeutende Leistungssteigerung zu beobachten. Der vorgeschlagene Schätz-Algorithmus beruht auf dem linear-prädiktiven Verfahren, das in dieser Studie entwickelt wurde; hierbei findet man die Prädiktionsfilter-Koeffizienten, indem man die gewichtete Datenmatrix durch