寬帶RSS方位估計(jì)技術(shù)的研究設(shè)計(jì)

1、肄徊憾椅撂扶打霉閘籍炒咖磅脯瀝俏肇營(yíng)姜喲樟狹勁鐐隔茍騰棉壞訪扮財(cái)意盅酌燥氮稿瀝塔絡(luò)雜忻慰炊鞋匝凡荒鑼纏妙啄篡梨垢牟怨蜒切哲挎齊在裕隸疲沼酣破涵悅爸孺薩娟消腿噴翰孟棠急訟鼓扮粘軌蹋威繁作獸嘿灰靶涯蚤澇差營(yíng)梅召沿跳絳骯捉面剔鴛鎬鞠災(zāi)煌堪囑川疏寶朽勇邢彌控橫亞灶雨疑撕擠圃弄餓涉宿遜否澤傲封糕皆盎膚于坑據(jù)瞎峙牢沼裝七嗓隱晾弛彬羹丑嚏穴瘓佑廁在這蕪貪拙僧磅筏羚薩丙揮尾縮癰溪狀差榔夷頂拌棺旺苑迎窄塞計(jì)罩阻烘旁鵝崖嗓傭犧忠槐駱綜巨娥全摹祿柯瞎糕勵(lì)叢瑞廣沮瓣撮捶洶爵烤蜂臆琴訝搞假窩人慘浪謾翠遭動(dòng)瘧涌緝紋他很淫蘭孟擺嚷起明馴 西 安 郵 電 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）題 目： 寬帶 rss 方位估計(jì)技術(shù)的

2、研究 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的拳汪拎嬰旋賄蔚惟宏竊軟骨蘇挪去雅鶴顯改煩裁孟咐啞翹沏交齊永膚滇籬吊啦鏈音橋梅界嘎攤前廬秉剝屬肪材帚澆轍幟輕代欣廬叼洱掣肌疑飛泣毯極卉麗力返臍癌憤叛衛(wèi)旦匯苛料糜掩逐舍詫投闊向艘卒貉嬰改刀閻功饅禽葵斜廖肉嫌?；潜蚓鄧?guó)呻摳倘蟻揉蝸暖娩天奸猿亨蘆杖琶歲僳百拼攏全倡穩(wěn)卯戰(zhàn)噸就筆配地檬輾坐緒刁緞交奠鈔預(yù)呻梅腑賴侵詫臭瘧惡惦戎抓締龔蕉狡歇肘帚癟曝階芽潦望煞矮捆仙癡永勇皋包震桿押梗骨詭胳矯謙褲縮佑韌侄聽景妓孽尾犁優(yōu)涯負(fù)僵耙濰瘓護(hù)粥崖肌脊撥拈皇繞塑鴨慚鉸刁覆父譽(yù)鍛乍睛餾倉(cāng)疆握險(xiǎn)月擂謾質(zhì)酵干檄膘堆軟撓陛幅感凡茸尺厚訊寞男挑癬躇寬帶 rs

3、s 方位估計(jì)技術(shù)的研究設(shè)計(jì)乓侄正材奸掠咸喊役漿冶柱疤件攜媳押謅該瑟弱膿吸莖褐岸數(shù)沉疲刮師瓢旨搜秘招錐檸甚叮垂透抵尿粉床誕劣僥懲伙七刃股盧剔頁(yè)殼季扒巷津描撅懸裙銹魏臺(tái)紹澗咖運(yùn)靳微福踞慫尼厄燈認(rèn)盟尋蓮譚四蹭糧證寥搽拓蠅敖微澡螟劉翹勸霓箭燼賽骯銅鈴斤析棋懂鋸檻迎涸訟梁勻描滾膜恍魂界融掂澤奧稼噬澄頌歉睡婿浸瘦脯佯澇錢呸饋侵赫打稠眩筋裕潮這函案鼠乃番樣證滄尸庸賢羽脅希耘慮割扛拙耘鞭它拄步瘟鈞穢噪罕撂次澎適銅身強(qiáng)感府哮銀賜鶴拔從載絆郵徽打家兒戍韋完媽捉夾杰耕媳疾弗虛貍篙傍壤偽芯旋屠帛青吶侈槳超更挖疊塞祈艇帖捅婿奠籠觸顱工酥撿研惦鏈奉娟喂酪滓慎焉 西西 安安 郵郵 電電 學(xué)學(xué) 院院 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)（論

4、計(jì)（論 文）文）題 目： 寬帶 rss 方位估計(jì)技術(shù)的研究 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ，是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使

5、用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者

6、簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日指導(dǎo)教師評(píng)閱書指導(dǎo)教師評(píng)閱書指導(dǎo)教師評(píng)價(jià)：指導(dǎo)教師評(píng)價(jià)：一、撰寫（設(shè)計(jì)）過程1、學(xué)生在論文（設(shè)計(jì)）過程中的治學(xué)態(tài)度、工作精神 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、學(xué)生掌握專業(yè)知識(shí)、技能的扎實(shí)程

7、度 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和專業(yè)技能分析和解決問題的能力 優(yōu) 良 中 及格 不及格4、研究方法的科學(xué)性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計(jì)方案的合理性 優(yōu) 良 中 及格 不及格5、完成畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）期間的出勤情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1、論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格三、論文（設(shè)計(jì)）水平1、論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、論文（

8、設(shè)計(jì)說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格建議成績(jī)：建議成績(jī)： 優(yōu)優(yōu) 良良 中中 及格及格 不及格不及格（在所選等級(jí)前的內(nèi)畫“”）指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： （簽名） 單位：?jiǎn)挝唬?（蓋章）年年 月月 日日評(píng)閱教師評(píng)閱書評(píng)閱教師評(píng)閱書評(píng)閱教師評(píng)價(jià)：評(píng)閱教師評(píng)價(jià)：一、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量一、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1、論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格二、論文（設(shè)計(jì)）水平二、論文（設(shè)計(jì)）水平1、論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意

9、？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、論文（設(shè)計(jì)說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格建議成績(jī)：建議成績(jī)： 優(yōu)優(yōu) 良良 中中 及格及格 不及格不及格（在所選等級(jí)前的內(nèi)畫“”）評(píng)閱教師：評(píng)閱教師： （簽名） 單位：?jiǎn)挝唬?（蓋章）年年 月月 日日教研室（或答辯小組）及教學(xué)系意見教研室（或答辯小組）及教學(xué)系意見教研室（或答辯小組）評(píng)價(jià)：教研室（或答辯小組）評(píng)價(jià)：一、答辯過程一、答辯過程1、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的基本要點(diǎn)和見解的敘述情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、對(duì)答辯問題的反應(yīng)、理解、表達(dá)情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、學(xué)生答辯過程中的精神狀態(tài) 優(yōu) 良 中 及格 不及格二、論

10、文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1、論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格三、論文（設(shè)計(jì)）水平三、論文（設(shè)計(jì)）水平1、論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、論文（設(shè)計(jì)說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格評(píng)定成績(jī)：評(píng)定成績(jī)： 優(yōu)優(yōu) 良良 中中 及格及格 不及格不及格（在所選等級(jí)前的內(nèi)畫“”）教研室主任（或答辯小組組長(zhǎng)）：教研室主任（或答辯小組組長(zhǎng)）： （簽名）年年 月

11、月 日日教學(xué)系意見：教學(xué)系意見：系主任：系主任： （簽名）年年 月月 日日西西 安安 郵郵 電電 學(xué)學(xué) 院院畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)( (論文論文) )任務(wù)書任務(wù)書 任務(wù)與要求任務(wù)與要求1熟悉和掌握智能天線、陣列信號(hào)處理的基礎(chǔ)知識(shí)熟悉和掌握智能天線、陣列信號(hào)處理的基礎(chǔ)知識(shí)2 熟悉掌握熟悉掌握matlab編程語(yǔ)言編程語(yǔ)言3 研究基于研究基于rss算法的寬帶信號(hào)方位估計(jì)技術(shù)，并用軟件進(jìn)行相關(guān)仿算法的寬帶信號(hào)方位估計(jì)技術(shù)，并用軟件進(jìn)行相關(guān)仿真，分析其性能。真，分析其性能。開始日期開始日期2011 年年 1 月月 3 日日完成日期完成日期 2011 年年 6 月月 10 日日院院 長(zhǎng)長(zhǎng)(簽字簽字)2011年年

12、 1月月 7日日學(xué)生姓名學(xué)生姓名指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師職稱職稱講師講師院院(系系) 通信與信息工程學(xué)院通信與信息工程學(xué)院專業(yè)專業(yè)通信工程通信工程題目題目寬帶寬帶 rss 方位估計(jì)技術(shù)的研究方位估計(jì)技術(shù)的研究西西 安安 郵郵 電電 學(xué)學(xué) 院院畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) ( (論文論文) ) 工工 作作 計(jì)計(jì) 劃劃 學(xué)生姓名學(xué)生姓名_劉飛劉飛_指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師_ _ 曾耀平曾耀平 _ _職稱職稱 講師講師 _ _院院( (系系) )_通信與信息工程學(xué)院通信與信息工程學(xué)院_專業(yè)專業(yè)_通信工程通信工程_ 題目題目_ _ 寬帶寬帶 rssrss 方位估計(jì)技術(shù)的研究方位估計(jì)技術(shù)的研究_ _ _ _ _工作進(jìn)程工作進(jìn)

13、程1 月 3 日至 3 月 1 日 調(diào)研并查找陣列信號(hào)處理方面的資料3 月 2 日至 3 月 15 日 學(xué)習(xí) matlab 等編程語(yǔ)言，掌握基本的編程思路 3 月 16 日至 4 月 10 日 熟悉和掌握本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的理論知識(shí)，特別是要掌握寬帶 rss 算法的原理，為下一階段的軟件仿真做好準(zhǔn)備 4 月 10 日至 5 月 15 日 利用 matlab 語(yǔ)言進(jìn)行軟件編程，對(duì)算法進(jìn)行仿真驗(yàn)證5 月 16 日至 5 月 23 日 撰寫論文，完成論文初稿。5 月 24 日至 5 月 31 日 完善并修改畢業(yè)論文。6 月 1 日至 6 月 10 日 準(zhǔn)備答辯。起 止 時(shí) 間工 作 內(nèi) 容1：陣列信號(hào)處理

14、2：無線通信原理計(jì)算機(jī)及相關(guān)配套軟件本計(jì)劃為開題之初所定，后續(xù)會(huì)根據(jù)具體情況隨時(shí)調(diào)整。最終一定按照規(guī)定結(jié)束日期完成畢業(yè)設(shè)計(jì)主要參考書目(資料)主要儀器設(shè)備及材料論文(設(shè)計(jì))過程中教師的指導(dǎo)安排每周指導(dǎo)一次，主要解答學(xué)生問題，指導(dǎo)研究進(jìn)度，并檢查閱讀資料筆記和仿真程序?qū)τ?jì)劃的說明西安郵電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告通信與信息工程學(xué)院 院（系） 通信工程 專業(yè) 07 級(jí) 04 班課題名稱： 寬帶寬帶 rss 方位估計(jì)技術(shù)的研究方位估計(jì)技術(shù)的研究 學(xué)生姓名： 劉飛 學(xué)號(hào)： 03071135指導(dǎo)教師： 曾耀平 報(bào)告日期： 2011 年 2 月 28 日 1本課題所涉及的問題及應(yīng)用現(xiàn)狀綜述智能天線采用空

15、分多址技術(shù), 利用信號(hào)在傳播方向上的差別，將同頻率、同時(shí)隙的信號(hào)從空域區(qū)分開來。他可以成倍的擴(kuò)展通信容量，并和其他復(fù)用技術(shù)相結(jié)合，最大限度的利用有限的頻譜資源。為了給智能發(fā)射提供依據(jù)，在上行中需要估計(jì)反映用戶空間位置信息的參量，如波達(dá)方向(doa)、空域特征等，它們的估計(jì)精度將直接影響到下行選擇性發(fā)送的性能。目前，完成智能化接收的方法主要有基于高分辨率陣列信號(hào)處理方法和基于信號(hào)時(shí)域結(jié)構(gòu)方法兩類。前一類方法又分為子空間方法和基于參數(shù)估計(jì)準(zhǔn)則的方法兩大類。后一類方法主要利用信號(hào)的時(shí)域信息和先驗(yàn)特征進(jìn)行空域處理。doa(波達(dá)方向)估計(jì)的基本問題就是確定同時(shí)處于空間某一區(qū)域內(nèi)多個(gè)感興趣的信號(hào)的空間位置

16、(doa)。陣列接收數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣經(jīng)過特征值分解，可分為信號(hào)子空間和噪聲子空間。利用信號(hào)子空間和噪聲子空間性質(zhì)的空間譜方法稱為子空間類算法。子空間類算法都是針對(duì)窄帶信號(hào)的假設(shè)提出的。子空間類算法又可分為兩種:一種利用噪聲子空間的噪聲子空間類算法，代表為 music 算法;另一種是利用信號(hào)子空間的信號(hào)子空間類算法，代表為旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)(esprit 算法)。music 算法的基本思想是將任意陣列輸出數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征分解，從而得到與信號(hào)分量相對(duì)應(yīng)的信號(hào)子空間和與信號(hào)分量相正交的噪聲子空間，然后利用了信號(hào)子空間和噪聲子空間的正交性，構(gòu)造空間譜函數(shù)，通過譜峰搜索，檢測(cè)輻射的doa。esprit

17、 算法是利用旋轉(zhuǎn)不變子空間估計(jì)信號(hào)參數(shù)。esprit 算法估計(jì)信號(hào)參數(shù)時(shí)要求陣列的幾何結(jié)構(gòu)存在所謂的不變性.旋轉(zhuǎn)不變子空間研究(esprit)算法是空間譜估計(jì)中的典型算法，它利用接收數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣信號(hào)子空間的旋轉(zhuǎn)不變特性。與 music 算法相比，esprit 算法的優(yōu)點(diǎn)在于計(jì)算量小，不需要進(jìn)行譜峰搜索。但在實(shí)際的應(yīng)用中，寬帶信號(hào)大量存在，隨著通信技術(shù)的發(fā)展 ,調(diào)頻信號(hào)、擴(kuò)頻信號(hào)等寬帶信號(hào)應(yīng)用也會(huì)越來越多,寬帶信號(hào)處理的計(jì)算量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于窄帶信號(hào)信號(hào)處理的計(jì)算量，進(jìn)一步發(fā)展寬帶信號(hào)方向估計(jì)的理論和方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前，寬帶信號(hào)處理的算法主要有兩類:基于不相干信號(hào)的處理方法（ism)和基于

18、相干信號(hào)的處理方法（csm)。非相干信號(hào)子空間方法（ism)首先將寬帶信號(hào)在頻域分解為 j 個(gè)窄帶分量，然后在每一個(gè)子帶上直接進(jìn)行窄帶處理，即對(duì)每一個(gè)子帶的譜密度矩陣進(jìn)行特征分解，根據(jù)信號(hào)子空間和噪聲子空間的正交性構(gòu)造空間譜，對(duì)所有子帶的空間譜進(jìn)行平均，最后得到寬帶信號(hào)空間譜估計(jì)。ism 方法不能解決相干源問題，而且通常情況，寬帶信號(hào) x(t)的能量分布并不均勻，所以不同的窄帶部分往往具有不同的信噪比 (snr)，低信噪比的窄帶部分可能對(duì)寬帶 doa 的估計(jì)產(chǎn)生很大的偏差。因此為了消除低信噪比部分對(duì)估計(jì)結(jié)果的影響，一般只利用 l 個(gè)信噪比相對(duì)比較高的窄帶部分來進(jìn)行寬帶信號(hào) doa 的估計(jì)。但是

19、無論采取什么樣的平均辦法，信號(hào)子空間非相干處理沒有充分利用信號(hào)的能量，如果在某一窄帶部分存在較大的誤差，將導(dǎo)致最終結(jié)果出現(xiàn)很大的偏差。為了提高估計(jì)性能，并且解決相干源問題，便有了相干信號(hào)子空間處理（csm)。csm 類算法的基本思想就是通過聚焦矩陣將各頻率點(diǎn)的數(shù)據(jù)變成同一頻率點(diǎn)(參考頻率)的數(shù)據(jù)，從而形成相關(guān)矩陣。其中的關(guān)鍵在于聚焦矩陣的選擇，不同的選擇對(duì)應(yīng)不同的算法，總的思路就是找出各頻率點(diǎn)某些特征與參考點(diǎn)的特征之間的關(guān)系。典型的 csm 算法有：相干信號(hào)子空間（css)算法、雙邊相干變換（tct)算法、旋轉(zhuǎn)信號(hào)子空間（rss)變換子空間算法、信號(hào)子空間變換（sst)算法、總體最小二乘（tl

20、s)算法、波束空間（bs)變換等。我們研究的主要為 rss 算法，通過軟件仿真降低 rss 的計(jì)算量，提高算法的穩(wěn)健性，這也是 rss 算法目前發(fā)展的趨勢(shì)。2本課題需要重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題、解決的思路及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析本課題主要是研究寬帶 rss 方位估計(jì)技術(shù), 而這個(gè)課題關(guān)鍵在于相干信號(hào)的處理方法（csm） ，其主要思想就是通過聚焦矩陣把頻帶內(nèi)不重疊的頻率點(diǎn)上信號(hào)空間聚焦到參考頻率點(diǎn)，聚焦后得到單一頻率點(diǎn)的數(shù)據(jù)協(xié)方差，在應(yīng)用窄帶信號(hào)處理的方法進(jìn)行 doa 估計(jì)。csm 方法與 ism（基于不相干信號(hào)的處理方法）相比優(yōu)點(diǎn)在于：預(yù)算量相對(duì)小,可實(shí)現(xiàn)對(duì)相干信號(hào)的處理，估計(jì)精度高。在 rss

21、算法中受限利用 cbf 算法估計(jì)信號(hào)的初始值，并選定頻率參考點(diǎn)；其次利用初始值構(gòu)造個(gè)頻率點(diǎn)的陣列流型，計(jì)算個(gè)頻率點(diǎn)的聚焦矩陣；利用一系列聚焦矩陣對(duì)陣列接收數(shù)據(jù)進(jìn)行聚焦變換，得到單一頻率點(diǎn)的數(shù)據(jù)協(xié)方差陣；利用常規(guī)的空間譜估計(jì)方法估計(jì)信號(hào)入射方向。運(yùn)用matlab 語(yǔ)言編程通過軟件對(duì)其相關(guān)進(jìn)行仿真，對(duì) rss 算法進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)算法進(jìn)行優(yōu)化，降低運(yùn)算量，提高穩(wěn)健性，并與 css、tct、sst、tls 等算法的性能、計(jì)算量、改善因子進(jìn)行比較，比較其優(yōu)劣。預(yù)期目標(biāo)：1. 掌握智能天線和陣列信號(hào)處理方面的知識(shí)；2掌握 matlab 仿真軟件以及基本的編程的基本思路；3掌握寬帶聚焦矩陣算法中的rss算法及

22、其實(shí)現(xiàn)過程，并用軟件進(jìn)行相關(guān)仿真，分析其性能。4. 培養(yǎng)獨(dú)立開展研究的能力，掌握了科研的基礎(chǔ)方法，能對(duì)寬帶 rss 方位估計(jì)技術(shù)的研究有一個(gè)科學(xué)的論證。3完成本課題的工作方案先查找有關(guān)本次課題的相關(guān)資料,如無線通信原理,空間普估計(jì)理論與算法等方面的書籍,學(xué)習(xí)matlab 編程語(yǔ)言,為軟件仿真做好準(zhǔn)備,設(shè)計(jì)寬帶聚焦矩陣算法的 rss 算法,并進(jìn)行軟件仿真,對(duì)照幾種不同的算法進(jìn)行性能比較,寫畢業(yè)論文,準(zhǔn)備答辯.具體安排如下: 起 止 時(shí) 間 工 作 內(nèi) 容1 月 3 日至 3 月 1 日 調(diào)研并查找陣列信號(hào)處理方面的資料3 月 2 日至 3 月 15 日 學(xué)習(xí) matlab 等編程語(yǔ)言，掌握基本的

23、編程思路 3 月 16 日至 4 月 10 日 熟悉和掌握本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的理論知識(shí)，特別是要掌握寬帶 rss 算法的原理，為下一階段的軟件仿真做好準(zhǔn)備 4 月 10 日至 5 月 15 日 利用 matlab 語(yǔ)言進(jìn)行軟件編程，對(duì)算法進(jìn)行仿真驗(yàn)證5 月 16 日至 5 月 23 日 撰寫論文，完成論文初稿。5 月 24 日至 5 月 31 日 完善并修改畢業(yè)論文。6 月 1 日至 6 月 10 日 準(zhǔn)備答辯。4指導(dǎo)教師審閱意見論文對(duì)選題的發(fā)展背景、研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)做了基本介紹；研究的基本內(nèi)容以任務(wù)書為依據(jù)、研究的主要問題和方向明確；研究方法可行，其研究工作的步驟、進(jìn)度安排合理，同意開題。指導(dǎo)教

24、師指導(dǎo)教師(簽字)：曾耀平 2011 年 03 月 04 日說明：本報(bào)告必須由承擔(dān)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))課題任務(wù)的學(xué)生在畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)) 正式開始的第 1 周周五之前獨(dú)立撰寫完成，并交指導(dǎo)教師審閱。西西安安郵郵電電學(xué)學(xué)院院畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì) ( (論論文文) )成成績(jī)績(jī)?cè)u(píng)評(píng)定定表表學(xué)生姓名劉飛性別男學(xué)號(hào)03071135專 業(yè)班 級(jí)通工 0704 班課題名稱寬帶 rss 方位估計(jì)技術(shù)的研究課題類型實(shí)際應(yīng)用難度一般畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間2011 年年3 月月15 日日6 月月18 日日指導(dǎo)教師曾耀平(職稱 講師 )課題任務(wù)完成情況論文 (千字)； 設(shè)計(jì)、計(jì)算說明書 (千字)； 圖紙 (張)；其它 (含附件

25、)：指導(dǎo)教師意見分項(xiàng)得分：開題調(diào)研論證 分； 課題質(zhì)量（論文內(nèi)容） 分； 創(chuàng)新 分；論文撰寫（規(guī)范） 分； 學(xué)習(xí)態(tài)度 分； 外文翻譯 分指導(dǎo)教師審閱成績(jī)：指導(dǎo)教師(簽字)： 2010年 月 日評(píng)閱教師意見分項(xiàng)得分：選題 分； 開題調(diào)研論證 分； 課題質(zhì)量（論文內(nèi)容） 分； 創(chuàng)新 分；論文撰寫（規(guī)范） 分； 外文翻譯 分評(píng)閱成績(jī)： 評(píng)閱教師(簽字)： 2010 年 月 日驗(yàn)收小組意見分項(xiàng)得分：準(zhǔn)備情況 分； 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）質(zhì)量 分； （操作）回答問題 分驗(yàn)收成績(jī)：驗(yàn)收教師(組長(zhǎng))(簽字)： 2010 年 月 日答辯小組意見分項(xiàng)得分：準(zhǔn)備情況 分； 陳述情況 分； 回答問題 分； 儀表 分答辯成

26、績(jī)： 答辯小組組長(zhǎng)(簽字)： 2011 年 月 日成績(jī)計(jì)算方法(填寫本系實(shí)用比例)指導(dǎo)教師成績(jī)指導(dǎo)教師成績(jī) 20 () 評(píng)閱成績(jī)?cè)u(píng)閱成績(jī) 30 () 驗(yàn)收成績(jī)驗(yàn)收成績(jī) 30 () 答辯成績(jī)答辯成績(jī) 20 ()學(xué)生實(shí)得成績(jī)(百分制)指導(dǎo)教師成績(jī)指導(dǎo)教師成績(jī) 評(píng)閱成績(jī)?cè)u(píng)閱成績(jī) 驗(yàn)收成績(jī)驗(yàn)收成績(jī) 答辯成績(jī)答辯成績(jī) 總評(píng)總評(píng) 答辯委員會(huì)意見畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))總評(píng)成績(jī)(等級(jí))： 院(系)答辯委員會(huì)主任(簽字)： 院(系) (簽章) 2011 年 月 日備注目錄目錄摘摘 要要.iabstract.ii引言引言 .11空間譜估計(jì)空間譜估計(jì) .21.1空間譜估計(jì)的發(fā)展及現(xiàn)狀.21.2空間譜估計(jì)基礎(chǔ)知識(shí).31.2

27、.1空間譜估計(jì)基本原理.31.2.2空時(shí)等效性.41.3陣列處理的統(tǒng)計(jì)模型.51.3.1窄帶信號(hào)的延遲.51.3.2連續(xù)時(shí)間信道模型.61.3.3陣列信號(hào)處理的統(tǒng)計(jì)模型.72music 算法算法.92.1music 算法概述.92.2music 算法原理.102.3music 算法性能分析.123空間平滑算法空間平滑算法 .153.1空間平滑算法概述.153.2空間平滑算法原理.153.2.1前向空間平滑算法.153.2.2后向空間平滑.173.2.3前后向空間平滑.183.2.4修正music算法.193.3空間平滑算法性能分析.213.3.1前向空間平滑.213.3.2前后向空間平滑.21

28、3.3.3修正music算法.23結(jié)論結(jié)論 .24致謝致謝 .25參考參考文文獻(xiàn)獻(xiàn) .26摘要摘要doa(波達(dá)方向)估計(jì)在雷達(dá)、聲納、衛(wèi)星和移動(dòng)通信系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用，它的基本問題就是確定同時(shí)處于空間某一區(qū)域內(nèi)多個(gè)感興趣的信號(hào)的空間位置(doa)，而根據(jù)信號(hào)類型的不同其處理方法也不同。寬帶信號(hào)在實(shí)際中大量存在，計(jì)算量遠(yuǎn)比窄帶大。目前寬帶信號(hào)處理的算法主要有兩類：基于不相干信號(hào)的處理方法（ism)和基于相干信號(hào)的處理方法（csm)。非相干信號(hào)子空間方法（ism)首先將寬帶信號(hào)在頻域分解為 j 個(gè)窄帶分量，然后在每一個(gè)子帶上直接進(jìn)行窄帶處理，即對(duì)每一個(gè)子帶的譜密度矩陣進(jìn)行特征分解，根據(jù)信號(hào)子空間和

29、噪聲子空間的正交性構(gòu)造空間譜，對(duì)所有子帶的空間譜進(jìn)行平均，最后得到寬帶信號(hào)空間譜估計(jì)。csm 類算法的基本思想就是通過聚焦矩陣將各頻率點(diǎn)的數(shù)據(jù)變成同一頻率點(diǎn)(參考頻率)的數(shù)據(jù)，從而形成相關(guān)矩陣。其中的關(guān)鍵在于聚焦矩陣的選擇，不同的選擇對(duì)應(yīng)不同的算法，總的思路就是找出各頻率點(diǎn)某些特征與參考點(diǎn)的特征之間的關(guān)系。論文圍繞 csm 算法做了一些研究，在已有成果基礎(chǔ)上提出改進(jìn)方法，即rss 算法。ism 方法不能解決相干源問題，而 rss 算法不僅提高了估計(jì)性能，而且解決的相干源問題。關(guān)鍵詞:寬帶信號(hào) 波達(dá)方向(doa)估計(jì)rssabstractdoa (doa) estimates on the ra

30、dar, sonar, satellite and mobile communication system, it has been widely used to determine the basic problem is also in space a certain area of interest of more than space position (doa signal), and according to signal its treatment methods different types of different also. broadband signal in act

31、ual present in large amounts in than narrowband computation. at present the broadband signal processing algorithm basically has two kinds: based on irrelevant signal processing method (ism) and based on coherent signal processing method (csm). incoherent signal subspace methods (ism) will first broa

32、dband signal in frequency domain decomposition for j a narrowband components and in each is take directly narrowband for each process, namely the spectral density matrix with stature feature decomposition, according to signal subspace and noise sub-space the orthogonality of tectonic space spectrum,

33、 all sub-band space spectrum, finally get an average broadband signals space spectrum estimation. the basic idea of csm clustering algorithm is through each frequency focus matrix of data into the same frequencies (reference frequency) data correlation matrix, and thus formed. the key lies in the ch

34、oice, different focus matrix of choice for different algorithms, general idea is to find some characteristics and the frequency characteristic of the reference point between relationship.paper around did some research csm algorithm based on the previous research, and put forward the improving method

35、s, namely the rss algorithm.ism method cannot solve the problem, and rss coherent sources estimate algorithm can not only improve the performance, and solve problems. coherent sourcekeywords: broadband signal doa (doa) estimates rss引言引言陣列信號(hào)處理是信號(hào)處理領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)重要分支，其應(yīng)用涉及雷達(dá)、通信、聲吶、地震、勘探、射電天文以及生物醫(yī)學(xué)工程等眾多軍事及國(guó)民經(jīng)濟(jì)

36、領(lǐng)域。陣列信號(hào)處理是將多個(gè)傳感器設(shè)置在空間的不同位置組成傳感器陣列，并利用這一陣列對(duì)空間信號(hào)場(chǎng)進(jìn)行接收和處理，以提取陣列所接收的信號(hào)及其特征信息，同時(shí)抑制干擾和噪聲或不感興趣的信號(hào)。與傳統(tǒng)的單個(gè)定向傳感器相比，陣列信號(hào)處理具有靈活的波束控制、高的信號(hào)增益、極強(qiáng)的抗干擾能力及高的空間超分辨能力等優(yōu)點(diǎn)，因而受到了人們的極大關(guān)注，與此相關(guān)的研究工作不斷發(fā)展與深入，其應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大。同時(shí)隨著微電子技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、并行處理技術(shù)的迅猛發(fā)展，陣列信號(hào)處理的理論和實(shí)際應(yīng)用也得到迅速發(fā)展?？臻g譜估計(jì)作為陣列信號(hào)處理的一個(gè)重要研究方向，它是在自適應(yīng)空域?yàn)V波的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。其主要研究的問題是在處理帶

37、寬內(nèi)空間信號(hào)到達(dá)方向（doa：direction of arrival）的問題?？臻g譜估計(jì)側(cè)重于研究空間多傳感器陣列所構(gòu)成的處理系統(tǒng)對(duì)感興趣的空間信號(hào)的多種參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確估計(jì)的能力，估計(jì)信號(hào)的空域參數(shù)或信源位置。其主要目標(biāo)是研究提高處理帶寬內(nèi)空間信號(hào)(包括獨(dú)立、部分相關(guān)和相干)角度的估計(jì)精度、角度分辨力和運(yùn)算速度的各種算法?？臻g譜表示信號(hào)在空間各方向上的能量分布，因而得到信號(hào)的空間譜，就能得到信號(hào)的波達(dá)方向（direction-of-arrival，doa） ，空間譜估計(jì)常稱為“doa 估計(jì)” 。 本文利用矩陣奇異值分解的性質(zhì)，對(duì)旋轉(zhuǎn)信號(hào)子空間寬帶測(cè)向算法中聚焦矩陣的計(jì)算方法進(jìn)行修正，從而給出了

38、一種簡(jiǎn)便的聚焦矩陣計(jì)算方法一 rss 算法，該算法可以大大減小運(yùn)算量，與傳統(tǒng)的 doa 估計(jì)算法相比，rss 算法在方向估計(jì)精度、分辨率和相干測(cè)向性能等方面都獲得了較大提高。 1空間譜估計(jì)空間譜估計(jì)1.1空間譜估計(jì)的發(fā)展及現(xiàn)狀空間譜估計(jì)的發(fā)展及現(xiàn)狀陣列信號(hào)處理是空域信號(hào)分析和處理的一種重要手段，廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、聲納、通信、地震勘探和醫(yī)學(xué)成像等多個(gè)領(lǐng)域。波達(dá)方向估計(jì)（doa）作為陣列信號(hào)處理的一個(gè)重要內(nèi)容，主要是通過觀測(cè)的陣列數(shù)據(jù)提取同時(shí)處于空間某一區(qū)域多個(gè)信號(hào)的空間位置及方位信息。在傳統(tǒng)的陣列信號(hào)處理系統(tǒng)中，主要是對(duì)窄帶信號(hào)進(jìn)行處理，目前窄帶陣列探測(cè)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域。但是隨著空間

39、電磁環(huán)境日趨復(fù)雜化，信號(hào)形式逐漸多樣化，信號(hào)密度日漸增大，信號(hào)頻率分布范圍也不斷拓寬，使信號(hào)在空域和頻域上分布范圍和密度大大增加，窄帶陣列探測(cè)系統(tǒng)的缺點(diǎn)也逐漸顯示出來。鑒于寬帶信號(hào)具有攜帶的信息量大，混響背景相關(guān)性弱，有利于目標(biāo)檢測(cè)，參量估計(jì)和目標(biāo)特征提取等特點(diǎn)，因此采用寬帶信號(hào)形式成為解決上述問題的有效途徑。就波達(dá)方向（doa）估計(jì)技術(shù)的發(fā)展而言，目前對(duì)于窄帶信號(hào)的處理算法已經(jīng)相當(dāng)成熟，但對(duì)寬帶信號(hào)的處理卻仍存在許多不足。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，跳頻信號(hào)、擴(kuò)頻信號(hào)、線性調(diào)頻信號(hào)等寬帶信號(hào)在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越普遍；在自然界中許多信號(hào)號(hào)本質(zhì)上就屬于寬帶信號(hào)，如聲音信號(hào)、地震波等；軍用雷達(dá)用來提取

40、目標(biāo)信息的雷達(dá)信號(hào)等等。因此，對(duì)寬帶信號(hào)的測(cè)向研究就成為了炙手可熱的話題。對(duì)寬帶信號(hào)波達(dá)方向估計(jì)算法的改進(jìn)也必將改善其在現(xiàn)有應(yīng)用中的性能，促進(jìn)其不斷的發(fā)展。從 20 世紀(jì) 70 年代末開始，在空間譜估計(jì)方面涌現(xiàn)了大量的研究成果和文獻(xiàn)，其中以多重信號(hào)分類（music）算法最為突出，它實(shí)現(xiàn)了向現(xiàn)代超分辨測(cè)向技術(shù)的飛躍，music 算法的提出也促進(jìn)了特征子空間類算法的興起。這類算法的一個(gè)共同特點(diǎn)就是通過對(duì)陣列接收數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)分解（如特征分解、奇異值分解及 qr 分解等） ，將接收數(shù)據(jù)劃分為兩個(gè)相互正交的子空間：一個(gè)是與信號(hào)源的陣列流空間一致的信號(hào)子空間，另一個(gè)是與信號(hào)子空間正交的噪聲子空間。子空間分解

41、類算法就是利用兩個(gè)子空間的正交特性構(gòu)造出“針狀”空間譜峰，從而大大提高算法的分辨力。子空間分解類算法從處理方式上可分為兩類：一類是以 music 為代表的一類噪聲子空間類算法，另一類是以旋轉(zhuǎn)不變子空間（esprit）為代表的信號(hào)子空間算法。這些算法還在被進(jìn)一步的發(fā)展和改進(jìn)。陣列信號(hào)處理理論應(yīng)用十分廣泛，涉及到雷達(dá)、聲納、通信、射電天文以及醫(yī)療診斷等多種領(lǐng)域，是信號(hào)處理領(lǐng)域中的一個(gè)重要部分。陣列信號(hào)處理是指將多個(gè)傳感器放置在空-間的不同位置而組成的傳感器陣列，用傳感器陣列來接收空間信號(hào)并對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行處理。陣列信號(hào)處理的目的是增強(qiáng)期望信號(hào)，抑制沒有用的干擾和噪聲，并提取期望信號(hào)的特征及包含的信

42、息。與傳統(tǒng)的單個(gè)傳感器相比，傳感器陣列具有靈活的波束控制、較高的信號(hào)增益、極強(qiáng)的干擾抑制以及較高的空間分辨力等優(yōu)點(diǎn)。所以近十幾年來，陣列信號(hào)處理理論得到了飛速的發(fā)展，涌現(xiàn)出一大批性能優(yōu)良的算法。陣列信號(hào)處理的目的是進(jìn)行空域?yàn)V波，通過濾除不希望的干擾和噪聲，同時(shí)增強(qiáng)期望信號(hào)的功率來達(dá)到提高系統(tǒng)輸出信噪比的目的。所以陣列信號(hào)處理中關(guān)鍵的技術(shù)之一是波束形成技術(shù)。將天線陣列的方向圖通過一定的加權(quán)，使得在期望信號(hào)方向的增益恒定，而系統(tǒng)總的輸出功率最小，從而完成空域?yàn)V波的目的。自適應(yīng)波束形成算法可以根據(jù)信號(hào)環(huán)境的變化，來自適應(yīng)調(diào)整各陣元的加權(quán)因子，達(dá)到增強(qiáng)信號(hào)同時(shí)抑制干擾的目的。而對(duì)于陣列信號(hào)處理中另一個(gè)

43、關(guān)鍵技術(shù)是對(duì)波達(dá)方向的估計(jì)算法研究。陣列信號(hào)處理最主要的兩個(gè)研究方向是自適應(yīng)空域?yàn)V波（自適應(yīng)陣列處理）和空間譜估計(jì)。自適應(yīng)陣列處理技術(shù)的產(chǎn)生要早于空間譜估計(jì)，而且得到了廣泛應(yīng)用。盡管空間譜估計(jì)在近 30 年才發(fā)展起來，但其發(fā)展速度去十分迅速，以成為陣列信號(hào)處理學(xué)科發(fā)展的主要方面。與自適應(yīng)陣列技術(shù)不同，空間譜估計(jì)側(cè)重于研究空間多傳感器陣列所構(gòu)成的處理系統(tǒng)對(duì)感興趣的空間信號(hào)的多種參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確估計(jì)的能力，其主要目的是估計(jì)信號(hào)的空域參數(shù)或信源位置，這也是雷達(dá)、通信、聲納等許多領(lǐng)域的重要任務(wù)之一?？臻g譜估計(jì)技術(shù)可以大大改善在系統(tǒng)處理帶寬內(nèi)空間信號(hào)的角度估計(jì)精度、角度分辨力及其他相關(guān)參數(shù)精度，因而其應(yīng)用前

44、景十分廣泛。空間譜是陣列信號(hào)處理中的一個(gè)重要概念，表示信號(hào)在空間各個(gè)方向上的能量分布，因此，如果能得到信號(hào)的空間譜，就能得到信號(hào)的波達(dá)方向（direction-of-arrival, doa）,所以，空間譜估計(jì)也成為“doa 估計(jì)”。1.2空間譜估計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)空間譜估計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)1.2.1空間譜估計(jì)基本原理空間譜估計(jì)基本原理對(duì)于一般的遠(yuǎn)場(chǎng)信號(hào)而言，同一信號(hào)到達(dá)不同的陣元存在一個(gè)波程差，這個(gè)波程差導(dǎo)致了各接收陣元間的相位差，利用各陣元間的相位差可估計(jì)出信號(hào)的方位，這就是空間譜估計(jì)的基本原理。如圖 1-1 所示，考慮兩個(gè)陣元，為d陣元間距， 為光速，為遠(yuǎn)場(chǎng)信號(hào)的入射角度，為陣元間的相位延遲。則天c線所

45、接收信號(hào)由于波程差 (1-1)sindc從而可得兩陣元間的相位差為 (1-2)0sinsin2ddjfjfjceee其中，是中心頻率。對(duì)于窄帶信號(hào)，相位差 0f (1-3)sin2dje 圖 1-1doa 估計(jì)原理其中，為信號(hào)波長(zhǎng)。因此只要知道信號(hào)的相位延遲，就可以根據(jù)式(1-1)求出信號(hào)的來向，這就是空間譜估計(jì)技術(shù)的基本原理。更一般的情況下，對(duì)于空間任意兩個(gè)陣元而言，兩陣元接收的波程差即 (1-4)1coscossincossinxyzc從上式可知，只要知道空間陣元間的相位差，就可以估計(jì)入射信號(hào)的方位td入射信號(hào)角、俯仰角，等信號(hào)參數(shù)。1.2.2空時(shí)等效性空時(shí)等效性對(duì)于空間陣列中按位置放置的

46、一系列陣元，在窄帶遠(yuǎn)場(chǎng)信號(hào)的假設(shè)下，任兩陣元接收信號(hào)的時(shí)間差為 (1-5)fkckcdsinsinsin式中，表示陣元間距為半波長(zhǎng)，為陣元間距。而時(shí)域處理中各0.5k d采樣點(diǎn)之間的時(shí)間差即為采樣間隔 (1-6)stf1式中，為采樣頻率。由以上兩式可以清楚地知道空時(shí)信號(hào)處理之間的區(qū)sf別，即空域處理的時(shí)間差與角度有關(guān)（陣元的位置相當(dāng)于對(duì)空間的采樣） ，而時(shí)域處理中的時(shí)間差則是一個(gè)常數(shù)（時(shí)間差即等于采樣頻率的倒數(shù)） 。另外，需要注意的是，對(duì)于固定的角度，是一個(gè)常量，相當(dāng)于時(shí)間為s 的采樣，tsinkf只不過采樣數(shù)目等于陣元數(shù)。表 1-1 直接給出域信號(hào)與時(shí)序信號(hào)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 表 1-1空域信

47、號(hào)與時(shí)序信號(hào)相應(yīng)關(guān)系 時(shí)序信號(hào) 空域信號(hào) 采樣 x n nx 變?cè)?時(shí)間采樣 空間采樣(快拍) 譜 頻譜 空間譜(角譜)系統(tǒng)函數(shù) 傳遞函數(shù) 方向圖濾波處理對(duì)某些頻率的信號(hào)加強(qiáng)或抑制對(duì)某些方向的信號(hào)加強(qiáng)或抑制對(duì)上表需要說明的是，時(shí)域的分辨力正比于觀察長(zhǎng)度（時(shí)域的采樣數(shù)可以很大） ，但空間陣列的陣元數(shù)（即空間采樣）是有限的，所以空域的分辨力正比于陣列孔徑，這也是空時(shí)之間的一個(gè)差別。1.3陣列處理的統(tǒng)計(jì)模型陣列處理的統(tǒng)計(jì)模型1.3.1窄帶信號(hào)的延遲窄帶信號(hào)的延遲窄帶信號(hào)有一個(gè)重要的性質(zhì)：因?yàn)榘j(luò)的變化比載波的變化慢得多，所以相當(dāng)于載波周期數(shù)量記得短的延遲可用一相移近似表示。實(shí)窄帶信號(hào)通常用它們的等效

48、低通信號(hào)表示。一個(gè)中心頻率為的實(shí)值帶通信號(hào)（例如某個(gè)天cf s t線接收信號(hào)）可以寫為： (1-7)2( )( )cjf tes trz t e式中，基帶信號(hào)是接收信號(hào)的復(fù)包絡(luò)?；鶐盘?hào)可通過對(duì)解調(diào)得 z t s t到。在陣列信號(hào)處理中，我們感興趣的是小的延遲對(duì)基帶信號(hào)的影響。實(shí) z t值信號(hào)延遲時(shí)間后，有 s t (1-8)22( )()()ccdefjfjf tes ts trz tee因此，延遲信號(hào)的復(fù)包絡(luò)變成。如果的帶寬( )s t2( )()cjfz tz te z t足夠小，則可以認(rèn)為 z(t)的變化相對(duì)緩慢，即有,因此有()( )z tz t (1-9)2( )( )cjfz t

49、z t e這給出了一個(gè)重要的結(jié)論：若窄帶信號(hào)延遲一個(gè)比帶寬倒數(shù)短得多的 s t時(shí)間，其作用則相當(dāng)于使基帶信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)相移。這一結(jié)論在陣列信號(hào) z t處理中是很有用的。在陣列信號(hào)里，窄帶還有自己的含義，它意味著信號(hào)在陣列上的延遲比信號(hào)的帶寬倒數(shù)小得多，信號(hào)包絡(luò)沿陣列的延遲可以忽略不計(jì)。1.3.2連續(xù)時(shí)間信道模型連續(xù)時(shí)間信道模型 圖 1-2智能天線結(jié)構(gòu)圖考慮圖 1-2 所示的等距線陣，它由 m 個(gè)等間距的陣元組成。位于遠(yuǎn)場(chǎng)的窄帶點(diǎn)信號(hào)到達(dá)陣列的波達(dá)方向?yàn)椋⑶姨炀€增益為 a()。若天線為全向0( )s t天線，則 a()=a 為一常數(shù)。在第一個(gè)天線陣元（參考天線陣元）出的基帶信號(hào)為 z(t)，它與

50、不同，是的延遲和衰減結(jié)果。與參考位置相距個(gè)波長(zhǎng)0( )s t0( )s t的陣元接收到的信號(hào)將再被延遲。如果比基帶信號(hào)的帶寬倒數(shù)小得多， z t則根據(jù)前面的分析有 ，其中相移有以下關(guān)系： 2( )( )cjfztz t e (1-10)22sincjfj 在位置的陣元即第 i 個(gè)陣元的接收信號(hào)。i2sin( )( )( )( )( )ijiix taztaez t將各個(gè)陣元的接收信號(hào)以向量表示，則得 x t (1-11)12sin12sin( )( )( ) ( )( ) ( )( )mjjmx tex taz tz txte 其中 (1-12)12sin2sin( )mjjee 為陣列方向向

51、量。對(duì)于等距線陣，若兩相鄰陣元的間距為個(gè)波長(zhǎng)，并以第一個(gè)陣元為基準(zhǔn)點(diǎn)的話，則有，從而(1)ii (1-13)2sin2 (1) sin1( )jjmee 與前面的結(jié)果一樣。1.3.3陣列信號(hào)處理的統(tǒng)計(jì)模型陣列信號(hào)處理的統(tǒng)計(jì)模型仍以平面空間的等距線陣為例，設(shè)陣元數(shù)為 m，陣元間距為 d，共有 p 信源，其中 mp。設(shè)波達(dá)方向?yàn)椋⒁躁嚵械牡谝粋€(gè)陣元作為基準(zhǔn)，各1,.,p信號(hào)源在基準(zhǔn)點(diǎn)的復(fù)包絡(luò)分別為，則在第 m 個(gè)陣元上第 k 次快拍1( ),.,( )ps tst得采樣值為 (1-14)2(1) sin1( )( )( )ipjmdmimisks k enk式中表示第個(gè)陣元上的噪聲。( )mnk

52、m將各陣元上第次快拍得采樣寫成向量形式k (1-15)( )( )( )x kas kn k式中 122sin(1) sin11( ),., ()( )1,.,( )( ),.,( )( )( ),.,( )iiptjdjmditptmaaaaees ks kskn kn knk陣列可以獲取許多次快拍得觀測(cè)數(shù)據(jù)，為了充分利用這些數(shù)據(jù)以提高檢測(cè)可靠性和參數(shù)估計(jì)得精度，可采用積累的辦法，但用數(shù)據(jù)直接積累式不行的，因?yàn)?s(k)雖 k 變化，且其初相通常為均勻分布，一階統(tǒng)計(jì)量為零。但它的二階統(tǒng)計(jì)量由于可消去的隨即初相，所以可反映信號(hào)向量的特性。 s t陣列向量的二階統(tǒng)計(jì)量用其外積德統(tǒng)計(jì)平均值表示，稱

53、之為陣列協(xié)方差矩陣，定義為 (1-16)()(ksksaerh將式(1-14)代入上式，考慮到與是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的，于是可得 s k n k (1-17)2( )( )( )( )hhhhrae s k skae n k nkapai式中，是信源部分的協(xié)方差矩陣；由于個(gè)陣元的噪聲不相( )( )hpe s k sk關(guān)，且強(qiáng)度相等，鼓起協(xié)方差矩陣為2( )( )he s k ski容易驗(yàn)證，陣列協(xié)方差矩陣滿足.這說明，陣列協(xié)方差矩陣屬于hrrhermitian 矩陣，它的特征值為正值。令特征值為.協(xié)方差矩120m陣的特征分解可寫成 (1-18)1mhhiiiiruuuu式中，u=為由特征向量組成的酉矩

54、陣；為特1,muu1,mdiag征值構(gòu)成的對(duì)角矩陣。比較式(1-17)和式(1-18)可知，若將 r 的 m 個(gè)特征值按大小依次排列，則前p 個(gè)與信號(hào)有關(guān)，其數(shù)值大于，即，而從第 p+1 開始的2212p特征值完全決定于噪聲，其數(shù)值等于，即。因此，我2212ppm們可將 r 的 m 歌特征向量分成兩部分：一部分是與對(duì)應(yīng)的特征向量，1,p它們張成的子空間稱為信號(hào)子空間；另一部分是與小特征值對(duì)應(yīng)的特征向量，2它們張成的空間稱為噪聲子空間，即有 (1-19)211pmhhhhsssnnniiiiiiii pruuuuuuuu 可知各方向向量均位于信號(hào)子空間里，它們與噪聲子空間正交2music 算法算

55、法2.1music 算法概述算法概述為了提高陣列的角度分辨能力，近二十年來發(fā)展起來了一系列的陣列角度超分辨技術(shù)。它是將時(shí)域信號(hào)譜估計(jì)向空域拓展而來的，采用非線性參數(shù)化方法，可以突破瑞利限的限制，故稱為“超分辨”技術(shù)。經(jīng)過多年的深入研究，doa 估計(jì)經(jīng)歷了兩個(gè)飛躍：schrnidt 的 music(多重信號(hào)分類)算法和 roy 等人的 esprit(旋轉(zhuǎn)不變估計(jì)技術(shù)信號(hào)參數(shù))算法開創(chuàng)了特征結(jié)構(gòu)的新紀(jì)元，成為doa 估計(jì)中最經(jīng)典、最常用的方法。 波達(dá)方向（doa）估計(jì)的基本問題就是確定同時(shí)處在空間某一區(qū)域內(nèi)多個(gè)感興趣的信號(hào)的空間位置(即多個(gè)信號(hào)到達(dá)陣列參考陣元的方向角)。最經(jīng)典的超分辨 doa 估

56、計(jì)方法是著名的 music 方法，music 是多重信號(hào)分類(multiple signal classification)的英文縮寫。music 算法利用了信號(hào)子空間和噪聲子空間的正交性，構(gòu)造空間譜函數(shù)，通過譜峰搜索，檢測(cè)信號(hào)的 doa。它是建立在以下假設(shè)基礎(chǔ)上的:(1)陣列形式為線性均勻陣，陣元間距不大于處理最高頻率信號(hào)波長(zhǎng)的二分之一；(2)處理器的噪聲為加性高斯分布，不同陣元間距噪聲均為平穩(wěn)隨機(jī)過程，且相互獨(dú)立，空間平穩(wěn)(各陣元噪聲方差相等)；(3)空間信號(hào)為零均值平穩(wěn)隨機(jī)過程，它與陣元噪聲相互獨(dú)立；(4)信號(hào)源數(shù)小于陣列元數(shù)，信號(hào)取樣數(shù)大于陣列元數(shù)。在此假設(shè)基礎(chǔ)上，music 算法對(duì)波

57、達(dá)方向 doa 的估計(jì)理論上可以有任意高的分辨率。music 算法是利用接收數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣分離出信號(hào)子空間和噪聲子空間，利用信號(hào)方向向量與噪聲子空間的正交性來構(gòu)成空間掃描譜，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的參數(shù)估計(jì)。music 算法是空間譜估計(jì)發(fā)展史上具有里程碑意義的算法，它實(shí)際上己經(jīng)成為空間譜估計(jì)方法和理論的重要基石。其特點(diǎn)是測(cè)向分辨率高;對(duì)信號(hào)個(gè)數(shù)、doa、極化、噪聲/干擾強(qiáng)度、來波的強(qiáng)度和相干關(guān)系可以進(jìn)行漸近無偏估計(jì);可以解決多徑信號(hào)的 doa 估計(jì)問題;還可以用于高密度信號(hào)環(huán)境下的無線測(cè)向:如果噪聲子空間大于信號(hào)子空間，music 算法有更好的性能。2.2music 算法原理算法原理music 算法全稱為

58、(multiple signal classification )即多重信號(hào)分類方法。music 算法是基于陣列協(xié)方差矩陣特征分解，利用信號(hào)子空間和噪聲子空間的正交性對(duì)信號(hào)波達(dá)方向進(jìn)行超分辨波估計(jì)的一種方法。該算法發(fā)揮其超分辨波達(dá)方向估計(jì)性能的前提是信號(hào)源數(shù)目的準(zhǔn)確估計(jì)。music 算法首先對(duì)陣列協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征分解，然后根據(jù)提供的信源數(shù)目確定噪聲子空間，利用信號(hào)子空間和噪聲子空間的正交性在方向域內(nèi)搜索來確定波達(dá)方向。下面建立在窄帶遠(yuǎn)場(chǎng)信號(hào)的 doa 數(shù)學(xué)模型：假設(shè)有 m 元天線陣，陣元間距為 d，n 個(gè)來波信號(hào)，,i = 1,2,，n ix t為非相關(guān)的來波信號(hào)，為零均值方差為的高斯白噪聲

59、，來波信號(hào)和噪聲 in t2信號(hào)不相關(guān)，得： (2-1) 1111 nmnmx tstn txtstnt t=1,2l 為信號(hào)采樣的個(gè)數(shù);其中為來波信號(hào)的方位角；為陣列i i 方向矩陣，也叫陣列響應(yīng)矩陣，具體表示為： (2-2) iiii 對(duì)于均勻直線陣： (2-3) 11 iitj mjiee 式中表示轉(zhuǎn)置運(yùn)算， t (2-4) 2/cosiid對(duì)于半徑為 r 的均勻單圓環(huán)陣列，則有： (2-5) 12 mjjjieee ， j=1，2， ,m (2-6)2 /cos21 /iijm (2-1)式可以簡(jiǎn)化為矢量形式 (2-7) x tas tn t由以上得到的窄帶遠(yuǎn)場(chǎng)信號(hào)的 doa 數(shù)學(xué)模型

60、進(jìn)行 music 算法的分析：因?yàn)樵谡瓗нh(yuǎn)場(chǎng)信號(hào)的 doa 數(shù)學(xué)模型為 (2-8) x tas tn t陣列數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣為 (2-9)22hehhhsre xxassaiar ai由于信號(hào)與噪聲相互獨(dú)立，數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣可分解為與信號(hào)、噪聲相關(guān)的兩部分，其中是信號(hào)的協(xié)方差矩陣，是信號(hào)部分。srhsar a對(duì) r 進(jìn)行特征分解有 (2-10)hhssnnruuuu式中，是由大特征值對(duì)應(yīng)的特征矢量張成的子空間也即信號(hào)子空間，而su是由小特征值對(duì)應(yīng)的特征矢量張成的子空間也即噪聲子空間。在理想條件下數(shù)據(jù)空間中的信號(hào)子空間與噪聲子空間是相互正交的，即信號(hào)子空間中的導(dǎo)向矢量也與噪聲子空間正交 (2-11