接收天线阵列三维空域相关性快速评估算法-信号处理.PDF

第２７卷　第４期 信 号 处 理 Ｖｏｌ．２７．　Ｎｏ．４ ２０１１年４月 ＳＩＧＮＡＬＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ Ａｐｒ．２０１１ 接收天线阵列三维空域相关性快速评估算法 朱秋明　徐大专　陈小敏 （南京航空航天大学电子信息工程学院，江苏 南京２１００１６） 摘　要：针对任意三维到达波角度分布时，接收天线阵列的空域相关性评估比较复杂，通常只能采用数值积分方法的 问题，本文提出了一种基于角谱域脉冲采样的三维空域相关性评估快速算法。该算法首先利用特定采样脉冲对三维入射波 功率角谱进行二维采样，然后根据采样脉冲的空域相关系数加权叠加获得不同天线接收信号之间的空域相关性，大大降低 相关性计算的复杂度。同时，文中还推导获得基于最小均方误差准则的采样脉冲表达式及其对应的空域相关系数精确解析 式和近似表达式。仿真和分析结果表明，当角谱域采样间隔小于１０度时，该快速算法的最大误差小于００１，但运算时间远 远小于数值积分方法及其他评估方法，可满足信道估计和天线阵列设计等实际需求。 关键词：天线阵列；空域相关性；功率角谱；到达角 中图分类号：ＴＮ９１１．２　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１００３－０５３０（２０１１）０４－０５４１－０５ ＦａｓｔＥｖａｌｕａｔｉｏｎｆｏｒ３ＤＳｐａｔｉａｌＣｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｏｆＲｅｃｅｉｖｅＡｎｔｅｎｎａＡｒｒａｙ ＺＨＵＱｉｕｍｉｎｇ　ＸＵＤａｚｈｕａｎ　ＣＨＥＮＸｉａｏｍｉｎ （ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮＵＡＡ，Ｎａｎｊｉｎｇ，２１００１６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｆｏｒａｒｂｉｔｒａｒｙｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ（３Ｄ）ｓｐａｔｉａｌａｎｇｕｌａｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｒｅｃｅｉｖｅｄｓｉｇｎａｌ，ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｆｏｒｓｐａｔｉａｌｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｏｆｒｅｃｅｉｖｅｓａｎｔｅｎｎａａｒｒａｙｉｓｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄａｎｄａｌｗａｙｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｅａｒｌｙ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｗｅｐｒｏｐｏｓｅｄａ ｆａｓｔｅｖａｌｕａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｏｆ３Ｄｓｐａｔｉａｌｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｒｅｃｅｉｖｅａｎｔｅｎｎａａｒｒａｙｂａｓｅｄｏｎ２Ｄｐｕｌｓｅｓａｍｐｌｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｎａｎｇｌｅｄｏｍａｉｎ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎｒｅｄｕｃｅｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ．Ｔｈｅｎｅｗｍｅｔｈｏｄｆｉｒｓｔｓａｍｐｌｅｓｔｈｅ３Ｄｐｏｗｅｒａｚｉｍｕｔｈｓｐｅｃｔｒｕｍ（ＰＡＳ）ｏｆｒｅｃｅｉｖｅｄｓｉｇｎａｌｂｙ２Ｄ ｓａｍｐｌｉｎｇｐｕｌｓｅｗｉｔｈｓｐｅｃｉａｌｓｈａｐｅｓ，ａｎｄｔｈｅｎｇｅｔｓｔｈｅｓｐａｔｉａｌｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｎｔｅｎｎａｓｂｙｗｅｉｇｈｔｅｄｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｓｐａｔｉａｌｃｏｒｒｅｌａ ｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｅａｃｈｓａｍｐｌｉｎｇｐｕｌｓｅ．Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌｌｙ，ｗｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｎｅｗｓａｍｐｌｉｎｇｐｕｌｓｅｓｈａｐｅｂａｓｅｄｏｎｍｉｎｉｍｕｍｍｅａｎｓｑｕａｒｅｅｒｒｏｒ （ＭＭＳＥ）ｒｕｌｅａｎｄｄｅｒｉｖｅｄｉｔｓａｃｃｕｒａｔｅｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｓｐａｔｉａｌｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｓｗｅｌｌａｓａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｏｎｅ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｒｅ ｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｅｒｒｏｒｏｆｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ０．０１ｗｈｉｌｅｔｈｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｔｉｍｅｉｓｆａｒｌｅｓｓｔｈａｎｎｕｍｅｒｉｃａｌｉｎｔｅｇｒａ ｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄａｎｄｏｔｈｅｒｍｅｔｈｏｄｓ，ｗｈｉｃｈｃａｎｍｅｅｔｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｒｅａｌｔｉｍｅｄｅｍａｎｄｓｉｎｃｈａｎｎｅｌｅｓｔｉｍａｔｉｏｎａｎｄａｎｔｅｎｎａａｒｒａｙｄｅｓｉｇｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：　Ａｎｔｅｎｎａ