阵列信号处理相关技术研究(5)

哈尔滨工程大学博士学位论文

向误差的敏感性。该方法的缺点是需要消耗系统自由度，并且使运算量加大。３、基于特征空间的自适应波束形成方法“…。经过对有限次快拍和系统误差存在情况下的自适应波束形成技术研究发现，自适应波束形成性能的下降主要是由噪声予空间的扰动引起的，因此人们便摒弃自适应权矢量在噪声子空间中的分量而仅保留在信号干扰子空间中的分量，从而来提高波束形成的性能，这种方法被称为基于特征空间的自适应波束形成方法。该方法具有较快的收敛速度和对误差有较强的稳健性。但是这种技术的完全依赖与低秩平稳模型，必须知道干扰的个数，再者这种波束形成技术只限于在较高信噪比的情况，在低信噪比的情况性能也变得难以使用。４、干扰对消方法和正交投影方法”２Ｈ７”。由于期望信号的存在严重影响自适应波束形成的稳健性，人们便先用其他方法去掉期望信号，然后再用剩下的数据求得干扰子空间，最后把约束导向矢量向干扰子空间的正交补空间投影来得到自适应权系数，这就是干扰对消方法。由于自适应权系数与干扰子空间正交，所以该方法有较好的干扰抑制性能，同时有较快的收敛速度和较强的稳健性。正交投影方法和干扰对消方法类似，只不过阵列协方差矩阵中不含期望信号，没有去掉期望信号这一步骤。５、盲波束形成方法“”。““”…。这是近年来兴起的阵列信号处理中的一个研究热点，该方法不需已知阵列流形信息，通过利用信号的一些时域信息，如循环平稳特性、谱相关特性以及高阶累量等来达到增强信号，抑制干扰的目的，所以被称为盲的信号处理。因为该方法不依赖于阵列流形，所以对误差有很强的稳健性。但是陔方法适用的信号要有一定的时域特征，其收敛速度往往较慢，且需要的学习样本较多。６、在非平稳的训练数据方面，也已经有一些用来减轻这种性能降低的改进方法。文献［１３０］提出了一种基于级数展开的方法用于提高运动情况的稳健性，但是这种算法只限于在低速运动干扰的情况。为了保证高速运动干扰情况下波束形成的性能，文献中［１２５］提出了～种在抑制干扰方向的情况下，展宽零陷的算法，以及文献种提出了导数零陷约束的方法。７、所有这些方法都是针对某种实际情况的专门性的算法。最近，文献中［ｔ３ｉ］一Ｃ１３２］更为严密的稳健性方法。这种算法的思想是定义一个所谓的不确定的集合和优化最差情况性能，这种方法将不同种误差的情况综合到

第１章绪论

一种方法种考虑，但是要使用到不等式约束的二次菲线性规划问题。

第二是阵列信号处理的理论算法运算量较大，对硬件设备也要求较高，对于目前的硬件速度，要对实际系统完成实时运算还有一定的困难，上述的实验系统也都是在经过某些简化后来进行的。因此，阵列信号处理的稳健算法以及快速算法成了人们的研究重点ｆ３６】＋（４２ｌ。

在对快速自适应波束形成算法的研究中，Ｈｕｎｇ和Ｔｕｒｎｅｒ提出的正交化算法可以认为是一个很大的突破【｝２”。其实。在假设没有噪声的情况下，正交化算法和正交投影算法相同，在干扰远远强于噪声的条件下，正交化算法不失为一种有效的方法：利用具有移动不变特性的子阵结构，最近Ｊ．ＨＬｅｅ等人提出了一种有效的快速波束形成算法【７７１１７８】。该方法首先得到各个子阵的特征空间，然后再得到整个阵列的特征空间，从而求得自适应权系数。

人们对稳健的波达方向估计方法也进行了许多研究，例如利用等距线阵阵列协方差矩阵的Ｔｏｅｐｌｉｔｚ结构来提高波达方向估计的稳健性，利用信号的时域信息来提高波达方向估计的性能【耵。色噪声环境下的波达方向估计也得到了广泛讨论，其中协方差矩阵差分方法最为著名【１２９１。

宽带干扰和运动干扰环境下的自适应波束形成算法、分布式目标波达方向估计方法以及阵列信号处理也正在成为新的研究热点１４１。

１．３．２阵列信号处理应用状况

在工程应用方面，随着超大规模集成电路技术和计算机技术的发展，为阵列信号处理理论向实用技术的转化提供了条件口¨副伯Ｈ…。美国ＲＣＡ公司研制了用于雷达的三角Ｓｙｓｔｏｌｉｃ阵自适应波束形成器，在５ｕｓ内可实现自适应权系数的更新；美国ＭＩＴ林肯实验室研制了用于ＲＳＴ相控阵雷达的１４阶线性Ｓｙｓｔｏｌｉｃ阵自适应波束形成系统；英国的皇家雷达研究所和ＳＴＣ技术公司合作，共同研制了基于波前阵的自适应波束形成系统；日本东芝公司研制了用于雷达的基于Ｇ－Ｓ正交化算法的Ｓｙｓｔｏｌｉｃ阵自适应波束形成器；荷兰也研制了８个阵元的自适应阵列；在国内，我国研制了４元双速率Ｓｙｓｔｏｌｉｃ阵自适应波束形成系统：对时空二维自适应处理系统和米波超分９

；；；；；；；；；；；；；。丝玺鎏；！ｉ坠兰！耋耋耋堡篁奎；；；；；；；一；；；；；辨实验系统也进行了跟踪研制，并取得了一定的研究成果。

１，３．３在移动通信中的进展

在民用移动通信系统中，作为降低干扰损害程度的一种有效手段，自适应阵列天线是一个被人们广泛研究重视的课题¨１。自适应阵列天线之所以受到广泛的重视，主要在于它的智能～一自适应性能，所以通常也称之为智能天线。它能自动的感知干扰源并能对其产生抑制作用，同时它还能增强所需要的信号。

由于智能天线本身具有的优点，这一技术受到了包括我国在内的世界各国的重视，花费了大量的人力和资金开展这方面的理论研究工作，并建立了一些技术实验平台。

（１）欧洲的进展

欧洲通信委员会ＲＡＣＥ（ＲｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｏＡｄｖａｎｃｅｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｉｎＥｕｒｏｐｅ）计划中实施了第一阶段的智能天线研究，称之为ＴＳＵＮＡＭＴ。天线由８个阵元组成，阵元分布分别由直线阵、平面阵和圆形阵三类，阵元间距可调。数字信号处理方式采用了接收信号直接优化权值系数处理和在Ａ／Ｄ后外加预处理方式的两种不同方式。优化算法采用了识别信号波达方向的ＭＵＳＩＣ算法和两类不同的自适应算法：ＬＭＳ算法和ＲＬＳ算法。测试表明平面型、圆环形天线阵更适合室内通信环境，而一般市区环境则采用简单直线阵更为合适。

（２）美国的进展

ＡｒｒａｙＣｏｍｍ公司与我国的信威公司合作共同研制出用于无线本地环路的ＷＬＬ智能天线系统：ＡｒｒａｙＣｏｍｍ产品采用可变阵元配置，有四元和十二元环形自适应阵列可供不同环境选用。信威产品为八元环形阵列。ＡｒｒａｙＣｏｍｍ产品在日本基站进行试验，试验结果表明该技术可以使系统容量提高４倍。

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