阵列信号处理课件(全)

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1、《阵列信号处理》9/20/20211掌握空间传播波携带信号的获取与处理的基本理论和方法，特别是空时多维信号算法，熟悉参数估计和自适应波束形成的常用算法。课程要求：期间：含上机实践。期末：论文、考试。课程目的：9/20/20212书：1．Monzingo.R.andMillerT.Introductiontoadaptivearray.WileyInterscience.NewYork,1980.(有中译本)2．HudsonJ.AdaptiveArrayPrinciplesPeterPeregrinusLondon,1981.(有中译本)3．HaykinS.(deitor

2、)AduancesinSpectrumanalysisandarrayProcessing.VolІП.PrenticeHall.NJ.19914．孙超，加权子空间拟合算法理论与应用，西北工业大学出版社5．刘德数等，空间谱估计及其应用，中国科技大学出版社6．张贤达、保铮，通信信号处理，国防工业出版社，2000参考文献：期刊：IEEETrans.(SP,ASSP,AP,AES)IEEPt(F,H)荷兰signalProcessing9/20/20213课程安排：第一章：绪论第二章：数学基础第三章：空域滤波原理及算法第四章：部分自适应处理技术第五章：阵列信号的高分辨处理第六

3、章：相干信源的高分辨处理第七章：最大似然与加权子空间拟合方法估计信号源方向第八章：基于高阶统计量和循环非平稳阵列信号处理简介9/20/20214第一章绪论一、阵列信号处理简介1、信号与信息处理的三大支柱：信息获取、处理和传输2、阵列信号处理的研究内容：检测、估计、滤波、成象等。参数估计：以DOA估计为代表空间滤波：波束形成。基本内容§1.1引言9/20/202153、阵列信号处理的研究对象:空间传播波携带信号（空域滤波）4、阵列信号处理方法:统计与自适应信号处理技术（如谱估计、最优与自适应、滤波）5、阵列信号处理的目的:滤波：增强信噪比获取信号特征：信号源数目传输方向（

4、定位）及波形分辨多个信号源9/20/20216传感器——能感应空间传播信号并且能以某种形式传输的功能装置传感器阵列(sensorsarray)——由一组传感器分布于空间不同的位置构成定义：由于空间传播波携带信号是空间位置和时间的四维函数，所以：传播波的接收空间采集连续：面天线离散：传感器阵列时间采集：所有传感器同步采样又称为快拍（snapshot）9/20/20217传播波的类型与媒质有关，采用的传感器也随之不同：传输波电磁波声波地震冲击波媒质大气（自由空间）大气、水中大气、大地传感器天线（antenna)换能器(transducer)检波器(geophone)空间采样

5、方式实际阵列虚拟阵列（合成阵列如SAR）9/20/20218空时处理获取信息：波的到达方(DOA)、波形参数、极化参数估计、空间滤波与检测等N元传感器阵列1N2M次同步采样空时采样示意图如下：图1.1：空时采样9/20/20219二、阵列信号的应用雷达：相控阵天线系统、波束灵活控制、高分辨测向、干扰置零、成像（SAR/ISAR）移动通信：波束形成、抗多址干扰、空分多址（SDMA）声纳：水声工程、宽带阵列处理地震勘探：爆破、地震检测、地质层机构特征分析、探石油射电天文：定位、测向电子医疗工程：层析成像、医学成像9/20/202110三、阵列信号处理的发展史雷达1936年空

6、域信号处理只有三十多年的历史基本理论：Wiener滤波多维信号处理自60年代以来，经历了三大阶段：自适应波束控制IEEETransAP1964.3自适应零点控制IEEETransAP1976.9空间谱估计IEEETransAP1986.39/20/202111wiener滤波理论应用于阵列处理（60年代）两个方向滤波方向估计自适应波束控制（指向）近代谱估计（80年代以前）自适应零点控制（70年代）参数化模型（基于子空间技术）性能代价，快速算法（80年代以后）稳健算法，盲信号处理（90年代）稳健计算（90年代）9/20/202112§1、2传播波与阵列信号处理1、传播波信

7、号传播波信号为空时信号，是时间和空间的四维函数，服从物理规律——波动方程Maxwell波动方程：其中：直角坐标系中的解：一个特解：（*）9/20/202113代入波动方程：则：（*）式表示的信号是波动方程的解，称为“单色”或“单频”解。若约束条件：即为传播速度，（周期）称为波数矢量，其大小表示单位波长的周期数，单位为弧度/米，其方向为波的传播方向。9/20/202114时间频率空间频率对比：某一时刻（t固定）的恒等相位面，即=常数的平面，该平面与垂直。波动方程的任意解可以分解为无穷多个“单频”解的迭加（传播方向和频率分量均任意）。任意解：