抗干扰-阵列信号处理

宽带信号中的三种二维平面阵DOA估计宽带信号中的三种二维平面阵DOA 估计一． 背景目前关于阵列窄带信号的高分辨算法已比较成熟，但是随着信号处理技术的发展，信号环境日趋复杂，信号形式多样，信号密度日渐增大，窄带阵列探测系统的确定逐渐显示出来。

由于宽带信号具有目标回波携带的信息量大，有利于目标探测、参量估计和目标特征提取等特点，在有源探测系统中越来越多地得到应用。

而在无源探测系统中，利用目标辐射的宽带连续谱进行目标检测是有效发现目标的一种重要手段。

ISM 方法把宽带信号在频域分解为J 个窄带分量，然后在每一个子带上直接进行窄带处理。

因为信号为调频信号，所以信号在时域的分段实际上就是频域的分段。

将信号分解为窄带信号后，我们就可以利用窄带算法进行处理，最后将各个结果进行加权综合，即可得到最终的结果。

二维DOA 估计是阵列信号处理中的重要内容，通过二维DOA 估计可以得到信号源在平面中的角度信息。

一般采用L 型、面阵和平行阵或矢量传感器实现二维参数的估计，多数有效的二维DOA 估计算法是在一维DOA 估计的基础上，直接针对空间二维谱提出的，如二维MUSIC 算法以及二维CAPON 算法等。

这两种算法可以产生渐进无偏估计，但要在二维参数空间搜索谱峰，计算量相当大。

而采用二维ROOT MUSIC 算法可以减小计算量，但是需要付出精度下降的代价。

本次报告将结合宽带信号和二维DOA 估计算法，进行相关的算法介绍和仿真。

二． 算法介绍1. 接收信号模型：图 1 平面阵列示意图如图1所示，设平面阵元数为M ×N ，信源数为K 。

信源的波达方向为11(,),,(,)k k θφθφ ，第i 个阵元与参考阵元之间的波程差为：2(cos sin sin sin cos )/i i i x y z βπφθφθθλ=++设子阵1沿x 轴的方向矩阵为x A ，而子阵2的每个阵元相对于参考阵元的波程差就等于子阵1的阵元的波程差加上2sin sin /d πφθλ，所以接收信号为121()()()y x y x y M x A D A A D A X S N A D A -⎡⎤⎢⎥⎢⎥=+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦协方差矩阵为H H H s s s n n n R XX E D E E D E ==+其中，s D 代表由最大的K 个特征值构成的一个K ×K 对角阵，n D 代表由MN-k 个较小的特征值构成的对角矩阵, s E 和n E 分别代表由s D 和n D 对应的特征值构成的特征矢量。

信号子空间：设N 元阵接收p 个信源，则其信号模型为：()()()()1piiii x t s t a N t θ==+∑在无噪声条件下，()()()()()12,,,P x t span a a a θθθ∈称()()()()12,,,P span a a a θθθ为信号子空间，是N 维线性空间中的P 维子空间，记为P N S 。

P N S 的正交补空间称为噪声子空间，记为N P N N -。

正交投影设子空间m S R ∈，如果线性变换P 满足，()1),,,2),,,0m mx R Px S x S Px x x R y S x Px y ∀∈∈∀∈=∀∈∀∈-=且则称线性变换P 为正交投影。

导向矢量、阵列流形设N 元阵接收p 个信源，则其信号模型为：()()()()1piiii x t s t a N t θ==+∑，其中矢量()i ia θ称为导向矢量，当改变空间角θ，使其在空间扫描，所形成的矩阵称为阵列流形，用符号A 表示，即(){|(0,2)}a A θθπ=∈波束形成波束形成（空域滤波）技术与时间滤波相类似，是对采样数据作加权求和,以增强特定方向信号的功率，即()()()()HHy t W X t s t W a θ==，通过加权系数W 实现对θ的选择。

最大似然已知一组服从某概率模型()f X θ的样本集12,,,N X X X ，其中θ为参数集合，使条件概率()12,,,N f X X X θ最大的参数θ估计称为最大似然估计。

不同几何形态的阵列的阵列流形矢量计算问题假设有P 个信源，N 元阵列，则先建立阵列的几何模型求第i 个信源的导向矢量()i i a θ 选择阵元中的一个作为第一阵元，其导向矢量()1[1]i a θ=然后根据阵列的几何模型求得其他各阵元与第一阵元之间的波程差n ∆，则确定其导向矢量()2jn i a eπλθ∆=最后形成N 元阵的阵列流形矢量()11221N j j N Pe A e πλπλθ-∆∆⨯⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦ 例如各向同性的NxM 元矩形阵，阵元间隔为半个波长，当信源与阵列共面时：首先建立阵列几何模型：对于第m 行、第n 列的阵元，其与第1行、第1列阵元之间的波程差为(1)sin()(1)cos()mn i i n d m d θθ∆=---故：()1122(sin()cos())22((1)sin()(1)cos())11N j j d j j d N M NM P NM Pe e A e e ππθθλλππθθλλθ-∆-∆---⨯⨯⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥==⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦而当信源与阵列不共面时： 首先将信源投影到阵列平面然后建立阵列模型对于第m 行、第n 列的阵元，其与第1行、第1列阵元之间的波程差为[(1)sin()(1)cos()]sin()mn i i i n d m d θθϕ∆=-+-故：()1122(sin()cos())cos()22((1)sin()(1)cos())cos()11N j j d j j d N M NM P NM Pe e A e e ππθθϕλλππθθϕλλθ-∆-∆---⨯⨯⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥==⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦线性约束最小方差准则（LCMV ）的自适应波束形成算法： 对于信号模型：()()()0X t s t a J N θ=++， 波束形成输出：()()()()0()H H H yt W X t s t W a W J N θ==++LCMV 准则实际上是使()0HW a θ为一个固定值的条件下，求取使得()HWJ N +方差最小的W 作为最有权值，即：()0min .H X W HW R Ws t W a Fθ⎧⎪⎨⎪=⎩，其中F 为常数利用拉格朗日乘子法可解得：()10X opt W R a μθ-=当取1F =时，则()()11H X a R a μθθ-=，μ的取值不影响SNR 和方向图。

基于阵列信号处理的一体化模块设计张涛;庞鹏翔;董加伟【摘要】当今通信设备飞速发展,但由于频谱资源的限制,通信设备之间的互扰问题越来越严重.为了解决这一日益突出的问题,对阵列信号处理技术进行了研究.阵列信号处理技术是利用多个天线采用空时滤波的手段消除干扰信号.本文研究了针对阵列信号处理技术的一体化模块的设计,根据阵列信号处理的需求完成了天线和射频部分的制作,并进行了测试.天线单元实现轴比3 dB的仰角范围是±60°,轴比6 dB 的仰角范围为±77°;3 dB轴比带宽为20 MHz,6 dB轴比带宽在40 MHz以上.射频单元采用多通道一体化设计,经测试该模块幅度误差＜1 dB,相位误差＜2°.并对此模块进行了半实物仿真,其滤波效果优于60 dBc.【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2015(034)009【总页数】3页(P59-61)【关键词】阵列信号处理;轴比;幅度误差;相位误差【作者】张涛;庞鹏翔;董加伟【作者单位】天津大学电子信息学院,天津300072;天津津航计算技术研究所,天津300308;天津津航计算技术研究所,天津300308;天津津航计算技术研究所,天津300308【正文语种】中文【中图分类】TN973在通信设备飞速发展的今天，通信设备在更加复杂的电磁环境中工作，它们之间的干扰也越发的严重。

通信设备的抗干扰技术成为关键技术之一。

通信设备的抗干扰体制分为扩谱通信抗干扰技术和非扩谱通信抗干扰技术。

这两种通信技术在现今通信系统中均普遍存在，因此需要一种可以适应两种体制的抗干扰方法。

阵列信号处理技术在不需要获得干扰和信号方位信息的条件下采用自适应滤波技术实现抑制干扰，是一种十分有效的手段。

本文对阵列信号处理技术中的天线和射频模块的设计技术进行了研究。

阵列信号处理技术是一种采用多天线自适应调零的技术。

利用不同位置的天线对干扰信号进行估计，采用空时滤波技术对干扰信号进行消除。

滨江学院卫星通信题目卫星通信抗干扰技术的发展趋势学生姓名学号院系专业二Ｏ一 4 年 6 月9 日卫星通信抗干扰技术的发展趋势摘要：列出卫星通信系统可能遭受的各种干扰的类型, 研究已提出的各种抗干扰处理方法包括天线、扩频和星上处理等方法的原理、特点和国外的研究现状。

指出研究基于星上信号处理、便于综合运用多种抗干扰处理措施的卫星通信系统新体制是卫星通信抗干扰技术研究的发展方向, 提出今后值得进一步研究的问题。

关键词：军事卫星通信; 抗干扰; 扩频; 星上处理1 引言卫星通信系统由于具有覆盖范围广、传输质量好、部署迅速、组网方便、通信系统投资几乎与通信距离无关、通信可到达地点几乎不受地理环境条件限制等特点, 在军事上具有特别重要的实用价值。

军事卫星通信系统负责为战时基本需求提供保密、抗干扰的指挥与通信保障, 具有一定的抗干扰能力是其基本要求。

深入广泛地研究抗干扰技术,提高它的抗干扰能力和抗毁性, 具有很重要的意义。

本文针对军事通信中的战术干扰, 列出卫星通信系统可能遭受的各种干扰的类型, 研究已提出的各种抗干扰处理方法原理、特点和国外的研究现状。

最后对卫星通信抗干扰技术研究的发展方向和今后值得进一步研究的问题进行论述。

2 卫星通信系统可能遭受的干扰对卫星通信而言, 其上行链路可能遭受的电磁干扰源包括陆地固定式干扰机、车载和舰载移动式干扰机、机载干扰机和干扰卫星, 而干扰卫星和机载式、飞航式、伞挂式干扰机则可对下行链路进行干扰。

干扰下行链路时, 干扰源对于卫星转发器, 虽然在功率和距离方面容易取得较大的优势, 但是在覆盖面和信号辐射方向上通常都处于明显的劣势。

即使采用机载干扰机在10 km 以上的高空施放强干扰, 其影响面也只能达一百多公里的半径, 更远距离的地面站容易采用旁瓣遮挡技术排除其干扰, 况且地面站容易采用综合抗干扰措施排除各种类型的干扰。

因此, 相对而言,卫星通信的上行链路比较脆弱, 是敌方干扰的重点, 这样上行链路抗干扰的研究更为重要。