阵列信号处理第一讲040310.pptVIP

阵列信号处理;主要前沿课程;课程教学计划;第一部分：简介;信号：随着时间、空间或者任何其他的独立变量或变量组而变化的物理量。我们利用一定形式的传感器进行感知。 信号的研究形式： 时域(频域)：在时域(频域)内研究信号和噪声，f(t)； 时域和空域：把信号和噪声考虑成是空时随机过程，来解决在多维空时域内的检测和估计问题，f(t,P)。 传感器的空间特征： 连续的孔径(Aperture或者antenna) 离散的空间阵列(Array) ;阵列处理问题的示意图;阵列信号处理的研究内容;一、阵列的配置;(2) *阵列的几何特征(阵元的物理位置分布) 线性阵列：阵列的总长度和阵列的间距，决定了阵列的性能。; 平面阵列：阵列的几何特征和阵列的边界，对阵列 的性能起决定性的影响作用; 3D阵列：德国的Crow’s nest阵列;二：信号的空间和时间结构;三：噪声(干扰)的空间和时间结构;四：阵列处理问题的最终目标;具体应用方式 在噪声和干扰存在的情况下，检测出信号的存在 在噪声和干扰存在的情况下，估计出信号的波形 一个二元通信信号通过多个路径传输，检测出信息序列 在噪声存在的情况下，估计出多个平面波信号的入射方向； 对入射信号和噪声场构造出其时域和空域的谱估计； 把发射信号调向一个特定的空间方向 ;阵列在雷达中的应用;Pave Paw-AN/FPS-115 雷达 Peak Power: 1,792 active elements Average Power: 145.6 kW Active Radar Diameter: 22.1 meters Frequency: 420 megahertz (MHz) to 450 MHz Radar Detection Range: 5,556 kilometers Number of Faces: 2 ;宙斯盾武器系统 该系统的核心为AN/SPY-1型多功能相控阵雷达，由相控阵天线、信号处理机、发射机、接收机和雷达控制及辅助设备组成，具备全空域自动快速有哪些信誉好的足球投注网站、自动目标探测和多目标跟踪等功能。最大对空有哪些信誉好的足球投注网站距离为400千米，可同时监视400个目标，自动跟踪100个目标。目前已发展出AN/SPY-1A、AN/SPY-1B、AN/SPY-1B（V）、AN/SPY-1D和AN/SPY-1D（V）六个型号。 ;阵列在射电天文中的应用;阵列在声纳中的应用;(a) 潜艇上的水听阵列； (b)拖曳式阵列 ;阵列在通信中的应用;卫星通信系统示意图;智能天线系统示意图;阵列在电子战中的应用;阵列在地震信号处理中的应用;本课程主要内容;第二部分：阵列和空间滤波器;2.1 简 介;自适应阵列的组成框图;球 坐 标 系 ;各种阵列的空间形式;33;34;35;36;37;2.2 频率—波数响应和波束方向图;采样得到的信号;输出可以表示为;为了简化讨论，我们研究上图中的平面波入射的情况，信号入射方向为a。;令在原点接收到的信号为f(t),则;我们定义方向余弦：;等价的：;常规波束形成器：;(2.30)式的频域形式;我们定义上式右端为频率—波数响应函数：;在很多情况下，信号的复包络的带宽很小，满足：;49;在实际中，我们经常采用的形式是：不但利用相位，而且也利用幅度进行调整，所以实际是利用复加权进行处理。为了处理方便，更多的是转换到基带进行处理;2.3 均匀线性阵列(ULA);阵元位置：;则：;对于线性均匀阵列，阵列流形矢量可以写成：;如何构造一个特定波束方向图;2.4 均匀加权线性阵列;可视区域内的波束方向图几种表示方法：;58;其中：;60;61;波束方向图的主要参数：;半功率波束宽度;对于阵元数在10个以上时，对于半功率点，可以近似为：;第一零点的距离;瑞利限为：;旁瓣的位置和衰减速度;栅瓣 (grating lobes);当移动主波束，不能在可视区域内出现栅瓣时，我们要求： ;2.5 主波束调向;利用下面的N*N矩阵：;对于均匀线阵，常规波束为：;73;分析HPBW:;角度为： (注意：应该为减号);指向为正侧向附近时，波束宽度为：;77;2.6. 阵列性能度量 2.6.1 方向性;对于线阵：;进一步：;2.6.2 对白噪声的阵列增益;利用公式(2.52)，窄带情况下 ：;或：;2.6.3 敏感度和容错因子;我们设所有误差均为统计独立的零均值高斯随机变量。理想的波束方向图为：;其中：;则第二项为：;2.7 线性孔径;频率—波数响应为： ;和前面相比较，如果方向图要和N阵元均匀加权的的ULA阵列的主波束和零点性能相同，则： ;91;2.8 非全向阵元方向图 ;则，总的加权函数为： ;94;内 容 总 结;The End of section I !