复域dsla状态-空间mvdr时反通信

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1、第一章绪【仑1．1研究背景第一章绪论信号处理无所不在于天体、大气、地球／海洋、人体／生物／基因、经济／金融、社会／网络。在信号处理的发展中，检测和估计一直都是基本问题，而水声通信【1-3J则是基于信号处理检测理论和估计理论【4，5】的普遍的实际问题。水声通信包括两项任务：检测一一确定在传输过程中衰减和失真、并经噪声染污的信号的存在，即符号检测；估计一一确定信号参量和信号本身，即符号估计。因为影响信息可靠传输的不利因素将直接作用在接收端，对符号的检测和估计产生影响，因此我们寻求信号接收最佳化。在最

2、佳接收机理论【4，6】中，最小差错概率准则导出最佳接收机是一个最大似然接收机【71，其核心运算是拷贝向量与数据的相关运算。确知信号在白高斯背景下的最佳接收机是匹配滤波器。若信号未知，最佳接收机为估计器．相关器。统治一切波动现象的波方程【8】决定了时不变环境中的波传播具有收发互易性，意味着最佳接收机的结构不仅可以在接收端实现，也可以在发射端实现。既可以通过最佳接收，对接收信号实现信噪比增益最大，也可以通过最佳发射，实现目标处的空间能量聚焦和时间波形恢复。最佳即聚焦，最佳发射与最佳接收有密切的关系，

3、最佳接收实现输出信噪比对输入信噪比增益最大，但输入信噪比的提高靠最佳发射实现。因此，概括的说，聚焦是检测与估计的基础。水声通信中的聚焦、检测和估计都需要最佳处理器。时间波形与空间波前【8】具有对偶关系，最佳处理器的拷贝向量可以是时间波形的拷贝，对应的处理器是时域匹配滤波器；拷贝向量也可以是空间波前的拷贝，对应的处理器是空域匹配滤波器即空域波束形成器。水声通信涉及空时处理【9】，目前一般是匹配滤波和波束形成。在自由场条件下基于平面波模型的常规波束形成【lo】(ConventionalBeamfor

4、ming，CBF)和以发射信号作拷贝的常规匹配滤波(ConverSionalMatchedFiltering,CMF)，推广到波导条件【11】下，发展为时间反转处理(TimeReversalProcessing,TRP)。近年来迅速发展的时间反转处理【12】，简称时反，开始用于水声通信。时反处浙江大学硕士学位论文理基于波方程解的时反不变性和互易性定理，具有空时聚焦特性。当波导中传感器接收声源发射的信号，并把它时间反转发射出去，信号将在声源处聚焦，不仅能量在其所在位置处最大，而且信号波形也与之前发

5、射的时间反转一致。由此可见它包含了空间上波束形成和时间上匹配滤波的过程。其实，点源提供给该传感器一个信道模型，当它将接收信号时反发射经过信道时，由于匹配而在声源处产生聚焦效果。单个发射／接收传感器可以扩展到一个声源接收阵(Source．ReceiveArray,SRA)。时反处理将海洋自身作为拷贝向量，避免了对传播信道的精确建模，具有较好的宽容性。因此，本文将水声通信和时反处理用于水声通信作为本文的研究背景。1．1．1问题的提出通信系统建立在香农源．信道模型基础上【131。信道本身面临着两个必须

6、解决的问题：(1)符号间干扰(Intersymbolinterference，ISI)，这是由于信道多径传播所引起的；(2)噪声／干扰，内部的噪声和外部的干扰，特别是多用户情况下的同道干扰(Co．channelinterference，CCI)。实际的水声信道为一个上边界为空气．海水界面，下边界为海水．沉积层界面的声波导环境，是最具挑战性的信息传输信道【14】之一。上下界面的存在及多散射介质环境导致严重的多径传播，引起大的时延扩展及变化；发射端．接收端相对运动、海面波浪与海水介质运动及相对慢的声

7、速引起严重的多普勒频移和扩展及扩展变化；声波的传播损失与频率有关【8】；传播过程中海水介质对声能的吸收和波阵面的扩展导致信号的衰落；还有海水介质的不均匀性以及水下存在的大量干扰噪声都会使水声信号产生畸变。因此在接收端接收的信号是发射端发射的信号的失真和染污的复本。造成失真的原因是IsI，信道的时延一多普勒双扩展以及它们随时间的变化性造成严重的符号间干扰[15】(Inter-symbolInterference，简称ISI)；造成染污的原因是噪声／干扰，特别是多用户通信造成的CCI[16】。因此，

8、在水声通信中，如何克服IsI和CCI，实现可靠通信【”】是我们面临的一大挑战。1．1．2立题意义通信接收处理的作用在于对发射的源信号作可靠估计。关键问题是利用ISI第一章绪论和CCI的空．时结构性，作空．时匹配滤波／时反滤波一一最小方差无失真‘18】(MinimumVarianceDistortionlessResponse，MVDR)时反波束形成，以达到多路径补偿／ISI抵消约束条件(DR)下的MV优化／CCI抑制。这种空．时匹配滤波是在最小均方误差(MinimumMeanSquareErro