自适应阵列信号处理

自适应阵列信号处理ASPASP小组报告@航大22024/8/12阵列信号处理概述阵列信号处理的引入

一维信号

多维信号

时域

空域

阵列信号处理

延伸推广

天线阵列传感器阵列ASPASP小组报告@航大32024/8/12阵列信号处理概述阵列信号模型ASPASP小组报告@航大42024/8/12阵列信号处理概述（续）统计模型：在第m个阵元上第k次快拍的采样值为将各阵元上第k次快拍的采样写成向量形式

S(k)和n(k)统计独立ASPASP小组报告@航大52024/8/12阵列信号处理概述（续）

式中

各阵元的噪声不相关，且强度相等信号子空间噪声子空间ASPASP小组报告@航大62024/8/12阵列信号处理的主要内容自适应波束形成技术目的：增强有用（所需）信号，抑制干扰和噪声信号应用：雷达、通信、声纳等领域超分辨空间谱估计技术目的：估计空间信号的到达方向应用：雷达、声纳、地震勘探以及射电天文等领域ASPASP小组报告@航大72024/8/12自适应波束形成定义：要求自适应阵形成个很窄的主波束，自动对准所要的观测的目标；在干扰方向上自动形成零陷，使干扰信号得到最大限度的抑制。目的：波束形成就是通过传感器阵列重构源信号。阵列采用自适应处理的动因:在阵列天线上容易进行自适应阵列波束形成提高系统的可靠性实现机扫到相扫的转变有利于多目标远距离的监测和跟踪实现：通过增加期望信号的贡献，抑制掉干扰源来实现。ASPASP小组报告@航大82024/8/12自适应波束形成技术普通波束形成的优缺点：优点：是一个匹配滤波器，在主瓣方向信号相干积累，实现简单，在白噪声背景下它是最优的，在色噪声背景下，维纳滤波是最优的。缺点：波束宽度限制了方向角的分辨。存在旁瓣，强干扰信号可以从旁瓣进入。加窗处理可以降低旁瓣，但同时也会展宽主瓣。总之，普通波束形成依赖于阵列几何结构和波达方向角，而与信号环境无关，且固定不变，抑制干扰能力差。ASPASP小组报告@航大92024/8/12阵列输出经过加权求和，调整到阵列接收的方向增益聚集在一个方向，相当于形成一个波束。自适应阵列概述自适应阵列处理目的：提取所需信号源和信号属性等信息自适应阵列处理内容波束形成技术经典波束形成技术盲波束形成技术波束形成物理意义ASPASP小组报告@航大102024/8/12自适应阵列概述

最小均方误差(MMSE)准则

最优化准则

最大信噪比(MaxSNR)准则

线性约束最小方差(LCMV)准则ASPASP小组报告@航大112024/8/12自适应波束形成

——经典的方法（续）线性约束最小方差(LCMV)问题引出

期望信号幅度未知

缺少期望信号的先验知识不能确定参考信号解决方案

对权值进行线性约束波束形成要求

期望信号的波达方向(DOA)(缺点)最大SNR失效SLC和MMSE失效LCMVASPASP小组报告@航大122024/8/12基于LCMV准则波束形成MVDR最小方差无失真响应当

时，使最小化

解得优点：具有最佳信噪比增益缺点：低的信噪比条件限制了其高分辨性能

与MaxSNR准则所得具有相同信噪比ASPASP小组报告@航大132024/8/12LCMV基本思想：使感兴趣的波达方向信号以特定增益与相位通过，而输出信号能量或方差最小化代价函数约束条件输出功率最小化Lagrange法求得基于LCMV准则波束形成ASPASP小组报告@航大142024/8/12最小均方(LMS)算法MSE准则：波束形成：期望输出：误差：代价函数:ASPASP小组报