MATLAB实现基于Root-MUSIC算法的波达方向估计系统

资 源 简 介

该项目采用Root-MUSIC算法，通过阵列信号协方差矩阵特征分解构建信号子空间多项式，求根后精确估计信号波达方向。适用于雷达、通信等领域的多源角度估计，具有高分辨率与抗噪性能。

详 情 说 明

基于Root-MUSIC算法的波达方向估计系统

项目介绍

本项目实现了一种基于多项式求根的Root-MUSIC波达方向估计算法。该算法通过处理阵列天线接收的信号数据，构建协方差矩阵并进行特征值分解，利用信号子空间构造多项式，通过求取多项式根来精确估计信号源的入射角度。相比传统MUSIC算法，本方法能有效提高角度分辨精度，同时避免了谱峰搜索带来的计算复杂性。

功能特性

• 高精度估计：采用多项式求根技术，实现对波达方向的高精度估计
• 计算效率高：避免传统谱峰搜索，显著降低计算复杂度
• 空间分解：基于特征值分解技术，有效分离信号子空间与噪声子空间
• 可视化分析：提供多项式根分布图，便于算法性能分析
• 性能评估：自动计算角度估计的均方根误差和执行时间指标

使用方法

输入参数

• 阵列接收信号矩阵：M×N维复数矩阵（M为阵元数，N为快拍数）
• 阵列几何参数：阵元间距（以波长为单位）
• 信号源数量估计值：标量整数
• 搜索角度范围：[θ_min, θ_max]（单位为度）

输出结果

• 估计波达角度：K×1维实数向量（K为估计的信号源数量）
• 多项式根分布：复数向量（显示在单位圆附近的根位置）
• 角度估计精度指标：均方根误差值
• 算法执行时间：标量（单位为秒）

运行示例

% 设置输入参数 array_data = ... % 阵列接收信号数据 element_spacing = 0.5; % 阵元间距（半波长） source_num = 2; % 信号源数量 angle_range = [-60, 60]; % 搜索角度范围

% 调用主函数进行波达方向估计 [direction_estimates, root_distribution, rmse, exec_time] = main(array_data, element_spacing, source_num, angle_range);

系统要求

• MATLAB R2018a或更高版本
• 信号处理工具箱
• 至少4GB内存（推荐8GB以上）
• 支持复数矩阵运算

文件说明

主程序文件实现了系统的核心功能，包括信号数据的预处理、协方差矩阵的构建与特征分解、信号子空间与噪声子空间的分离、特征多项式的构造与求根运算、以及最终的角度映射与结果输出。该文件整合了完整的Root-MUSIC算法流程，能够根据输入的阵列信号参数自动完成波达方向的精确估计，并提供相应的性能评估指标和分析结果。