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,单击此处编辑母版标题样式,*,1,1.,阵列信号处理简介,（,array signal processing),九、 空间谱估计,虽然早在,1978,年就已在军用通信系统中使用了自适应天线，但在民用的蜂窝式通信中使用天线阵列却只是在,1990,年才开始的。,近,20,年来，阵列信号处理作为信号处理的一个重要分支，在通信、雷达、声呐、地震、勘探、射电天文等领域获得了广泛应用和迅速发展。,阵列信号处理的最重要应用包括,：,信（号）源定位,确定阵列到信源的仰角和方位角，甚至距离（若信源位于近场）；,信源分离,确定各个信源发射的信号波形。各个信源从不同方向到达阵列，这一事实使得这些信号波形得以分离，即使它们在时域和频域是叠加的。,信道估计,确定信源与阵列之间的传输信道的参数（多径参数）。,阵列信号处理的主要问题包括：波束形成技术,-,使阵列方向图的主瓣指向所需的方向；零点形成技术,-,使天线的零点对准干扰方向；空间谱估计,对空间信号波达方向的分布进行超分辨估计。,2,2.,阵列信号处理问题,（,array signal processing),阵列：多个天线的组合,每个天线阵元：天线、传感器,假设,:,(1),窄带信号 ：点信源,(2),远场,(far field):,波前平面波,九、 空间谱估计,1,d,2,3,4,m,波达方向,(,DOA:direction,of arrival),：入射线与法线之间的夹 角，可以有正有负。,（半波长条件）：若不满足该条件，会出现,DOA,估计的模糊,1,2,m,P,个信号,信号 的方向向量，,(,阵列响应,),向量,：,方向矩阵,满列秩,Vandermonde,矩阵,4,信号模型,阵元,k,上的观测数据,阵列信号处理的数学模型,：,阵列信号处理的问题,：,已知数据向量 ，求空间参数,N,个快拍,波达方向,空间谱估计,5,3,.,最优波束形成器（最小方差谱估计,）,DOA,估计：波束形成器,设计一个滤波器,抽头,(,权系数,),空间谱估计,最小输出能量,(,MOE:minimum,output energy),准则：,5,空间谱估计,6,(,期望信号,) (,干扰信号,) (,加性噪声,),空间谱估计,7,Largange,乘子法,：,空间谱估计,8,由,capon,提出，称为最小方差无畸变,(MVDR : minimum variance,distortionless,response ),波束形成器,空间谱估计,9,3.,子空间方法,假设,1,： 对于不同的 值，向量 线性独立,假设,2,： 各阵元上复加性噪声具有零均值、相同方差，且不相关,（实部和虚部不相关，具有相同方差）,假设,3,： 满秩矩阵（非奇异）,空间谱估计,虽然早在,1978,年就已在军用通信系统中使用了自适应天线，但在民用的蜂窝式通信中使用天线阵列却只是在,1990,年才开始的。,近,20,年来，阵列信号处理作为信号处理的一个重要分支，在通信、雷达、声呐、地震、勘探、射电天文等领域获得了广泛应用和迅速发展。,阵列信号处理的最重要应用包括,：,信（号）源定位,确定阵列到信源的仰角和方位角，甚至距离（若信源位于近场）；,信源分离,确定各个信源发射的信号波形。各个信源从不同方向到达阵列，这一事实使得这些信号波形得以分离，即使它们在时域和频域是叠加的。,信道估计,确定信源与阵列之间的传输信道的参数（多径参数）。,阵列信号处理的主要问题包括：波束形成技术,-,使阵列方向图的主瓣指向所需的方向；零点形成技术,-,使天线的零点对准干扰方向；空间谱估计,对空间信号波达方向的分布进行超分辨估计。,11,特征值分解,：,即,空间谱估计,12,按特征值大小，将,U,分为两部分：,信号,S,噪声,G,子空间,：向量组 线性组合的集合，称为 张成的空间。,空间谱估计,13,信号子空间：,噪声子空间：,观测空间：,观测空间信号子空间噪声子空间,特征值分解后，与大特征值对应 与小特征值对应,空间谱估计,14,子空间的几何意义：,投影矩阵,空间谱估计,15,正交投影矩阵,噪声子空间是信号子空间的正交补,，,几何意义：信号子空间和噪声子空间正交,空间谱估计,16,4. MUSIC,方法,空间谱估计,17,MUSIC,空间谱,：,噪声子空间方法,信号子空间方法,波束形成器,：,空间谱估计,作为比较,这里重新给出,MV,谱估计结果：,（,最小方差谱,),(,最佳滤波器系数,),18,功率谱估计应用应用,:,MUSIC,方法恢复谐波,功率谱应用于雷达动目标检测,功率谱估计应用于,3G,移动通信,雷达回波信号功率谱,我们想检测一个运动目标，但是该目标到雷达的路径上的建筑物、海浪、云雾等引起杂波信号，因此雷达接受的回波信号，包括来自运动目标的信号和杂波的信号。,而此时，杂波电平往往比运动目标的回波电平高很多，运动目标回波“淹没”在杂波中，从时域分开已经不可能了。,功率谱估计应用于,3G,移动通信,电信科学技术研究院代表我国电信主管部门向国际电联提交的,TD-SCDMA,中采用的智能天线技术,智能天线原名自适应天线阵列（,AAA,Adaptive,Antenna Array),自适应天线阵由多个天线单元组成。,利用基带数字信号处理技术识别用户信号到达方向（,DOA,），并在此方向形成空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，同时使旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，从而给有用信号带来最大增益，有效减少多径影响，同时达到对干扰信号删除和抑制的目的。,智能天线另一个可能的用途是进行紧急呼叫定位，并提供更高的定位精度，因为在获得可用于定位的时延、强度等信息的同时它还可以获得波达角信息。,采用智能天线的基站可以获得接收信号的空间特征矩阵，由此获得信号的功率估值和到达方向（,DOA),。,
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