自適應(yīng)陣列信號處理

自適應(yīng)陣列信號處理ASPASP小組報告@航大22023/2/4陣列信號處理概述陣列信號處理的引入

一維信號

多維信號

時域

空域

陣列信號處理

延伸推廣

天線陣列傳感器陣列ASPASP小組報告@航大32023/2/4陣列信號處理概述陣列信號模型ASPASP小組報告@航大42023/2/4陣列信號處理概述（續(xù)）統(tǒng)計模型：在第m個陣元上第k次快拍的采樣值為將各陣元上第k次快拍的采樣寫成向量形式

S(k)和n(k)統(tǒng)計獨立ASPASP小組報告@航大52023/2/4陣列信號處理概述（續(xù)）

式中

各陣元的噪聲不相關(guān)，且強度相等信號子空間噪聲子空間ASPASP小組報告@航大62023/2/4陣列信號處理的主要內(nèi)容自適應(yīng)波束形成技術(shù)目的：增強有用（所需）信號，抑制干擾和噪聲信號應(yīng)用：雷達、通信、聲納等領(lǐng)域超分辨空間譜估計技術(shù)目的：估計空間信號的到達方向應(yīng)用：雷達、聲納、地震勘探以及射電天文等領(lǐng)域ASPASP小組報告@航大72023/2/4自適應(yīng)波束形成定義：要求自適應(yīng)陣形成個很窄的主波束，自動對準(zhǔn)所要的觀測的目標(biāo)；在干擾方向上自動形成零陷，使干擾信號得到最大限度的抑制。目的：波束形成就是通過傳感器陣列重構(gòu)源信號。陣列采用自適應(yīng)處理的動因:在陣列天線上容易進行自適應(yīng)陣列波束形成提高系統(tǒng)的可靠性實現(xiàn)機掃到相掃的轉(zhuǎn)變有利于多目標(biāo)遠距離的監(jiān)測和跟蹤實現(xiàn)：通過增加期望信號的貢獻，抑制掉干擾源來實現(xiàn)。ASPASP小組報告@航大82023/2/4自適應(yīng)波束形成技術(shù)普通波束形成的優(yōu)缺點：優(yōu)點：是一個匹配濾波器，在主瓣方向信號相干積累，實現(xiàn)簡單，在白噪聲背景下它是最優(yōu)的，在色噪聲背景下，維納濾波是最優(yōu)的。缺點：波束寬度限制了方向角的分辨。存在旁瓣，強干擾信號可以從旁瓣進入。加窗處理可以降低旁瓣，但同時也會展寬主瓣?？傊?，普通波束形成依賴于陣列幾何結(jié)構(gòu)和波達方向角，而與信號環(huán)境無關(guān)，且固定不變，抑制干擾能力差。ASPASP小組報告@航大92023/2/4陣列輸出經(jīng)過加權(quán)求和，調(diào)整到陣列接收的方向增益聚集在一個方向，相當(dāng)于形成一個波束。自適應(yīng)陣列概述自適應(yīng)陣列處理目的：提取所需信號源和信號屬性等信息自適應(yīng)陣列處理內(nèi)容波束形成技術(shù)經(jīng)典波束形成技術(shù)盲波束形成技術(shù)波束形成物理意義ASPASP小組報告@航大102023/2/4自適應(yīng)陣列概述

最小均方誤差(MMSE)準(zhǔn)則

最優(yōu)化準(zhǔn)則

最大信噪比(MaxSNR)準(zhǔn)則

線性約束最小方差(LCMV)準(zhǔn)則ASPASP小組報告@航大112023/2/4自適應(yīng)波束形成

——經(jīng)典的方法（續(xù)）線性約束最小方差(LCMV)問題引出

期望信號幅度未知

缺少期望信號的先驗知識不能確定參考信號解決方案

對權(quán)值進行線性約束波束形成要求

期望信號的波達方向(DOA)(缺點)最大SNR失效SLC和MMSE失效LCMVASPASP小組報告@航大122023/2/4基于LCMV準(zhǔn)則波束形成MVDR最小方差無失真響應(yīng)當(dāng)

時，使最小化

解得優(yōu)點：具有最佳信噪比增益缺點：低的信噪比條件限制了其高分辨性能

與MaxSNR準(zhǔn)則所得具有相同信噪比ASPASP小組報告@航大132023/2/4LCMV基本思想：使感興趣的波達方向信號以特定增益與相位通過，而輸出信號能量或方差最小化代價函數(shù)約束條件輸出功率最小化Lagrange法求得基于LCMV準(zhǔn)則波束形成ASPASP小組報告@航大142023/2/4最小均方(LMS)算法MSE準(zhǔn)則：波束形成：期望輸出：誤差：代價函數(shù):ASPASP小組報