A unified approach to coherent source decorrelation by autocorrelation matrix smoothing

A wide variety of techniques have been developed to deal with coherent signals at a sensor array. Many of these techniques have the structure of a pre-processor followed by a standard adaptive beamforming or angle of arrival estimation algorithm. The pre-processor is designed to reduce the cross-correlations between the arriving signals. A general decorrelation technique of this type called autocorrelation matrix smoothing (AMS) is described in this paper. The processing in AMS consists of a two-dimensional linear filtering operation on the correlation matrix of the array measurements. A number of the previously proposed decorrelation techniques can be interpreted as special cases of AMS, corresponding to different choices for the mask used to filter the correlation matrix. Although the previous methods were not originally formulated in terms of AMS, the unified interpretation points out relations between the techniques and suggests improved techniques. This paper summarizes the basic properties of AMS, explains the unified interpretation of previous decorrelation methods, and describes some extensions for improved decorrelation. Eine groge Vielfalt von Verfahren wurden zur Behandlung koharenter Signale in einer Sensorgruppe entwickelt. Viele dieser Verfahren besitzen die Struktur einer Vorverarbeitungsstufe, auf die ein Standardalgorithmus zu adaptiven Keulenformung oder zur Schtitzung des Einfallswinkels folgt. Die Vorverarbeitungsstufe wird ausgelegt, urn die Kreuzkorrelationen zwischen den einfallenden Signalen zu verringern. In diesem Aufsatz wird ein deratiges allgemeines Dekorrelationsverfahren beschrieben, das als Glattung der Autokorrelationsmatrix (autocorrelation matrix smoothing, AMS) bezeichnet wird. Die Verarbeitung bei AMS besteht in einer zweidimensionalen linearen Filterung, angewendet auf die Korrelationsmatrix der Gruppe von MeRsignalen. Eine Anzahl friiher vorgeschlagener Dekorrelationsverfahren konnen als Spezialfalle von AMS interpretiert werden, die einer unterschiedlichen Auswahl der Maske zur Filterung der Korrelationsmatrix entsprechen. Obwohl die friiheren Methoden urspriinglich nicht im Rahmen von AMS formuliert wurden, zeigt die vereinheitlichte Interpretation Beziehungen zwischen den Verfahren auf und liefert Hinweise auf verbesserte Verfahren. Dieser Aufsatz fagt die grundlegenden Eigenschaften von AMS zusammen, erklart die vereinheitlichte Interpretation frilherer Dekorrelationsmethoden und beschreibt einige Erweiterungen fiir eine verbesserte Dekorrelation. l This research is supported by the National Science Foundation under NSF Grant MIP93-21856. *Corresponding author. Tel.: (717) 524-l 129. Fax: (717) 524-3760. E-mail: kozick@bucknell.edu. 0165-1684/95/$9.50