基于Y形阵的宽带信号波达方向估计研究
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
２Ｙ形阵 的特 眭
致 ｆ的一 种度量 。几种 常见阵列在零仰 角条 生 距 离应小 于半 波长 ；】 （阵元数应尽可能少 。 ３ 阵列 信 号处理 系统 中接收通 道数 与阵元 数成 正 比 ， 件下 的， ／ ＮＱ性能 比较为目 ： Ｎ 因而阵元数应尽可 能少以降低系统 复杂度和成
１引言
波达方向估计是利用传感器 阵列接受 的信 号对 目 的方 向进行估计 。常用 的窄带 高分辨 标 估计算法有 Ｍ ＳＣ算法Ⅲ Ｓ ＲＴ ＵＩ 、 Ｐ Ｉ 算法日 Ｅ 和最大 似然算法日 等。对于实际环境 中广泛存在 的宽带 信号源 ，由于信 号的导向矢量与信号方 位和频 率有关 ， 窄带算法不 能直接使用 ， 如何解 决宽带 信号源 的 Ｄ Ａ估计是一 个热点研究 方 向。 Ｏ 天线阵根据 天线单元 的排列 方式分成很多 种， 常见的有均匀线 阵 、 Ｌ形阵 、 十字阵 ， 阵、 Ｙ形 均匀圆阵等。 中比较 以上几种 阵形 ， 文 着重研究 了 Ｙ形 阵的性能 ， 并将 Ｙ形 阵与双边相关 算法 相结合 ， 对宽带相关信号 进行 Ｄ Ａ估计 。理论 Ｏ 分析和仿真实 验表 明 ， 与其他 阵型相 比， Ｙ形阵 具有阵元效率 高 、 估计 范围 内具有较好 的一致 性等优点 。
图 ３ １几种 阵列 结构 ＮＱ值 比较 －
在 常见的阵列结构 中 ： 线阵结构简单 、 均匀 Ｎ／ ａ （ ｌｌ ＋ｓ ｊ ｎ 易 于分析 ， 阵列垂直方 向物理孔径最 大 ， 但是在 １７ ． 接 近阵列延长线方 向上阵列孔径很 小 ，且只能 ３ Ｑ －＿ Ⅳ， ２ Ｎ Ｎ 进 行一维估计 。Ｌ 阵和十字 阵的阵列孔 径在 形 图 ３１ － 显示 了在 Ｎ ７ Ｎ。的直 观结果 。 ＝时 ， 接 近两臂延长线方 向上也 明显变小 。均 匀圆阵 因为在各个 角度上有 效孔径相 同 ， 均 在所 有 的方 位角上 可 以给 出相 同 的物理孔 径 ， 由图可知 ， 但需要 的阵元数 较多。 匀圆阵 的 ＮＱ值为一直线 ， 阵元利用率最低 ； ／ 但 ／ 但是随着方 设 Ｎ为 阵元数 ， Ｑ为阵列在某 Ｄ Ａ上的有 均匀线 阵的 ＮＱ值在 区间 内最 小 ， Ｏ 效 孔径 。 可以认为， ／ 阵元利用效率和角度 位角的增加 ，／ ＮＱ是 ＮＱ值迅速上升 ， ｊ方位 角超 过 时 均匀线阵的阵元效率 明显 劣于 Ｙ形阵 ； 在大 多 数角度上 Ｌ形阵的 Ｎ ／ Ｑ值更小 ， Ｙ形阵 ＮＱ 但 ／ 值在估计范 围内变化较小 。 由以上分析 ， Ｄ Ａ估计 的角度大 于 １０ 当 Ｏ ２￣ 时， 综合考 虑阵列性 能和阵元数 量 ， Ｙ形阵是一 个 很好的选择 。 ３Ｙ阵列 Ｄ Ａ的估计 Ｏ ３ 宽带信号 的一般 模型 ． １ 对 于宽带信号 ，假设 空间有 Ｎ个信号的带 宽为 Ｂ 阵元数 为 Ｍ， ， 则第 个 阵 元 的接受 数据
一
本。
．
＿ｌ ＿
，
阵列 的几何模 型是影 响 Ｄ Ａ估 计性 能 的 Ｏ 重要 因素 ： 首先 ， 阵列模 型反映 了 了物理过 程 ， 是对物理过程 的理论抽 象 ； 另外 ， 阵列模 型中蕴 涵的结构和各种性质 ， 是后续 信号处理算 法设 计 的基 础。 在实际应用 中， 常要求天线阵列 的几 何 结构具有 以下特点Ｈ（在 Ｄ Ａ范围 内 ， ：） Ｏ １ 其估 为： 旦 计 陛能应尽量一致 ； ） 同阵元数 的情况 下物 ｆ 相 ２ 实线 ：Ｌ ， 线 ： 阵 ， ｕ Ａ点 Ｙ形 虚线 ： Ａ， ＵＣ 点划 线 ： 阵 Ｌ形 （＝ ｆ 【 ７） （ ， ，，Ｍ 一、 ） ｆ － ＋ ｆｌ ２ 一［ ） 一１ １ 理孔径应 尽可能 大 ， 时 ， 了避免模 糊 ， 同 为 阵元
态信号与使用知识的推理过程 中实现 的。 智 能避 碰专家系统推 理机应具有如下功 能 ：（ ） 析会遇局 面 ； ） １ 分 （ 确定 紧急避 碰操纵 的时 ２ 机 与种类 ；３描 述 目标船 碰撞危 险度 ；４确定 （） （） 避 让危险 目 ； ） 标 （ 建立动 态事实 库 ； ） 碰方 ５ （避 ６ 案推理优 化 ； ） （ 确定复航 时机 、 ７ 方式及幅度等 。
信 息技 术
ＣａｗｅｏｉａＰｕ嗣囵团图 豳 ｈ ｈｏ ｄｏｔ嵋 ■ ■阻 ■ ｉＮ Ｔ ｎｇ ｓ — ■ ｎｅ ｃ ｓ ｒｃ ｌ ｎ ｄ■ ｅ
基于 Ｙ形 阵的宽带信 号波 达 方 向估 计研 究
刘 珂 吕 明
（ 电子 科 技 大 学 电子 工 程 学 院 ， 四川 成 都 ６ ０ ５ ） １０ ４
摘 要 ： 论 分析 表 明 ， 理 Ｙ形 阵具 有 所 需阵元 少和在 Ｄ Ａ估 计 的 范 围内其 估计 性 能基 本保 持 一致 等 优点 ， 角度 一 致性 和 阵元 数 的 Ｏ 是 较好 折衷 ， 阵元 数 受限和 对 角度 一致性 要 求较 高 的场合 具有 较 高的 应 用价值 。为 了研 究 Ｙ形 阵在 宽 带信 号的 Ｄ Ａ估计 中的 性能 ， 在 Ｏ 将 Ｙ 阵与双 边相 关 变换算 法相 结合 ， 多个 宽 带相 关信 源进行 Ｄ Ａ估 计 。计算机 仿 真 实验 结果验 证 了上述 理 论分 析的 正确 性 。 对 Ｏ 关键 词 ： 阵列 信号 处理 ； 渡达 方 向估计 ； Ｙ形 阵 ； 焦算 法 ； 边相 关变换 聚 双
￣
］ Ｌ Ｃ Ａ Ｄ ｚ Ａ －Ｄ Ｐ ２
Ｄ ＬＡ－ ＤБайду номын сангаасＰ Ａ
— —
＞， Ｊ
一
ＤＬ ＤＣ Ａ Ａ Ｐ
Ｌ ： — ￣
［ｒ ａ ａ ｅ ｚ ＤＣＰＡｚ
—
时传递过来 的数据 ，在动态数据 库 中存放会 遇 船舶的动态信 息和推理产生 的中间结果 ，推理 机根据动态知识 库的船舶动态信 息求解 中间信 息（ 如碰撞 危 险度 和会 遇格 局 ）根 据这些 信息 ， 在知识库 中搜索 并找到相应 的避 碰方案 ， 自身 对 推理结果进行模 拟检验 ， 预测避碰 效果 ， 最后 将 系统 推理的结果即避碰决策 向驾驶员输 出。
致 ｆ的一 种度量 。几种 常见阵列在零仰 角条 生 距 离应小 于半 波长 ；】 （阵元数应尽可能少 。 ３ 阵列 信 号处理 系统 中接收通 道数 与阵元 数成 正 比 ， 件下 的， ／ ＮＱ性能 比较为目 ： Ｎ 因而阵元数应尽可 能少以降低系统 复杂度和成
１引言
波达方向估计是利用传感器 阵列接受 的信 号对 目 的方 向进行估计 。常用 的窄带 高分辨 标 估计算法有 Ｍ ＳＣ算法Ⅲ Ｓ ＲＴ ＵＩ 、 Ｐ Ｉ 算法日 Ｅ 和最大 似然算法日 等。对于实际环境 中广泛存在 的宽带 信号源 ，由于信 号的导向矢量与信号方 位和频 率有关 ， 窄带算法不 能直接使用 ， 如何解 决宽带 信号源 的 Ｄ Ａ估计是一 个热点研究 方 向。 Ｏ 天线阵根据 天线单元 的排列 方式分成很多 种， 常见的有均匀线 阵 、 Ｌ形阵 、 十字阵 ， 阵、 Ｙ形 均匀圆阵等。 中比较 以上几种 阵形 ， 文 着重研究 了 Ｙ形 阵的性能 ， 并将 Ｙ形 阵与双边相关 算法 相结合 ， 对宽带相关信号 进行 Ｄ Ａ估计 。理论 Ｏ 分析和仿真实 验表 明 ， 与其他 阵型相 比， Ｙ形阵 具有阵元效率 高 、 估计 范围 内具有较好 的一致 性等优点 。
图 ３ １几种 阵列 结构 ＮＱ值 比较 －
在 常见的阵列结构 中 ： 线阵结构简单 、 均匀 Ｎ／ ａ （ ｌｌ ＋ｓ ｊ ｎ 易 于分析 ， 阵列垂直方 向物理孔径最 大 ， 但是在 １７ ． 接 近阵列延长线方 向上阵列孔径很 小 ，且只能 ３ Ｑ －＿ Ⅳ， ２ Ｎ Ｎ 进 行一维估计 。Ｌ 阵和十字 阵的阵列孔 径在 形 图 ３１ － 显示 了在 Ｎ ７ Ｎ。的直 观结果 。 ＝时 ， 接 近两臂延长线方 向上也 明显变小 。均 匀圆阵 因为在各个 角度上有 效孔径相 同 ， 均 在所 有 的方 位角上 可 以给 出相 同 的物理孔 径 ， 由图可知 ， 但需要 的阵元数 较多。 匀圆阵 的 ＮＱ值为一直线 ， 阵元利用率最低 ； ／ 但 ／ 但是随着方 设 Ｎ为 阵元数 ， Ｑ为阵列在某 Ｄ Ａ上的有 均匀线 阵的 ＮＱ值在 区间 内最 小 ， Ｏ 效 孔径 。 可以认为， ／ 阵元利用效率和角度 位角的增加 ，／ ＮＱ是 ＮＱ值迅速上升 ， ｊ方位 角超 过 时 均匀线阵的阵元效率 明显 劣于 Ｙ形阵 ； 在大 多 数角度上 Ｌ形阵的 Ｎ ／ Ｑ值更小 ， Ｙ形阵 ＮＱ 但 ／ 值在估计范 围内变化较小 。 由以上分析 ， Ｄ Ａ估计 的角度大 于 １０ 当 Ｏ ２￣ 时， 综合考 虑阵列性 能和阵元数 量 ， Ｙ形阵是一 个 很好的选择 。 ３Ｙ阵列 Ｄ Ａ的估计 Ｏ ３ 宽带信号 的一般 模型 ． １ 对 于宽带信号 ，假设 空间有 Ｎ个信号的带 宽为 Ｂ 阵元数 为 Ｍ， ， 则第 个 阵 元 的接受 数据
一
本。
．
＿ｌ ＿
，
阵列 的几何模 型是影 响 Ｄ Ａ估 计性 能 的 Ｏ 重要 因素 ： 首先 ， 阵列模 型反映 了 了物理过 程 ， 是对物理过程 的理论抽 象 ； 另外 ， 阵列模 型中蕴 涵的结构和各种性质 ， 是后续 信号处理算 法设 计 的基 础。 在实际应用 中， 常要求天线阵列 的几 何 结构具有 以下特点Ｈ（在 Ｄ Ａ范围 内 ， ：） Ｏ １ 其估 为： 旦 计 陛能应尽量一致 ； ） 同阵元数 的情况 下物 ｆ 相 ２ 实线 ：Ｌ ， 线 ： 阵 ， ｕ Ａ点 Ｙ形 虚线 ： Ａ， ＵＣ 点划 线 ： 阵 Ｌ形 （＝ ｆ 【 ７） （ ， ，，Ｍ 一、 ） ｆ － ＋ ｆｌ ２ 一［ ） 一１ １ 理孔径应 尽可能 大 ， 时 ， 了避免模 糊 ， 同 为 阵元
态信号与使用知识的推理过程 中实现 的。 智 能避 碰专家系统推 理机应具有如下功 能 ：（ ） 析会遇局 面 ； ） １ 分 （ 确定 紧急避 碰操纵 的时 ２ 机 与种类 ；３描 述 目标船 碰撞危 险度 ；４确定 （） （） 避 让危险 目 ； ） 标 （ 建立动 态事实 库 ； ） 碰方 ５ （避 ６ 案推理优 化 ； ） （ 确定复航 时机 、 ７ 方式及幅度等 。
信 息技 术
ＣａｗｅｏｉａＰｕ嗣囵团图 豳 ｈ ｈｏ ｄｏｔ嵋 ■ ■阻 ■ ｉＮ Ｔ ｎｇ ｓ — ■ ｎｅ ｃ ｓ ｒｃ ｌ ｎ ｄ■ ｅ
基于 Ｙ形 阵的宽带信 号波 达 方 向估 计研 究
刘 珂 吕 明
（ 电子 科 技 大 学 电子 工 程 学 院 ， 四川 成 都 ６ ０ ５ ） １０ ４
摘 要 ： 论 分析 表 明 ， 理 Ｙ形 阵具 有 所 需阵元 少和在 Ｄ Ａ估 计 的 范 围内其 估计 性 能基 本保 持 一致 等 优点 ， 角度 一 致性 和 阵元 数 的 Ｏ 是 较好 折衷 ， 阵元 数 受限和 对 角度 一致性 要 求较 高 的场合 具有 较 高的 应 用价值 。为 了研 究 Ｙ形 阵在 宽 带信 号的 Ｄ Ａ估计 中的 性能 ， 在 Ｏ 将 Ｙ 阵与双 边相 关 变换算 法相 结合 ， 多个 宽 带相 关信 源进行 Ｄ Ａ估 计 。计算机 仿 真 实验 结果验 证 了上述 理 论分 析的 正确 性 。 对 Ｏ 关键 词 ： 阵列 信号 处理 ； 渡达 方 向估计 ； Ｙ形 阵 ； 焦算 法 ； 边相 关变换 聚 双
￣
］ Ｌ Ｃ Ａ Ｄ ｚ Ａ －Ｄ Ｐ ２
Ｄ ＬＡ－ ＤБайду номын сангаасＰ Ａ
— —
＞， Ｊ
一
ＤＬ ＤＣ Ａ Ａ Ｐ
Ｌ ： — ￣
［ｒ ａ ａ ｅ ｚ ＤＣＰＡｚ
—
时传递过来 的数据 ，在动态数据 库 中存放会 遇 船舶的动态信 息和推理产生 的中间结果 ，推理 机根据动态知识 库的船舶动态信 息求解 中间信 息（ 如碰撞 危 险度 和会 遇格 局 ）根 据这些 信息 ， 在知识库 中搜索 并找到相应 的避 碰方案 ， 自身 对 推理结果进行模 拟检验 ， 预测避碰 效果 ， 最后 将 系统 推理的结果即避碰决策 向驾驶员输 出。