阵列相干信号的高分辨测向技术
高精度天线阵列测向技术研究
高精度天线阵列测向技术研究随着移动通信、卫星导航、雷达探测、电视卫星等应用的不断发展，天线阵列测向技术应用越来越广泛。
与传统测向技术相比，高精度天线阵列测向技术具备更高的测向精度、更广的角度范围和更高的速度等优势，因此在航空飞行监测、地球物理勘探、军事预警等方面具有广泛的应用前景。
一、高精度天线阵列测向技术的原理高精度天线阵列测向技术的核心原理是利用阵列天线接收信号后计算出信号入射方向。
天线阵列中每个天线都有一个独立的接收通道，这些通道将接收到的信号进行处理，产生复合信号。
接着，利用复合信号零点法、功率交叉法等测向算法，计算出信号入射方向。
通过将阵列天线的信号汇总起来，可以得到更高的信噪比和更准确的信号方向信息。
二、高精度天线阵列测向技术的特点1、高精度测向传统测向技术的精度受限于各种误差源，如天线位置误差、天线阵列中各通道的增益和相位误差等。
而高精度天线阵列测向技术在信号处理中充分考虑各种误差来源，并采用各种算法减小误差，使得测向精度更高、更准确。
2、更广的角度范围传统测向技术只能对单一方向进行测量，而高精度天线阵列测向技术则可以同时对多个方向进行测量。
不同方向的信号可以同时进入不同通道进行处理，从而提高了角度覆盖范围。
3、更高的速度高精度天线阵列测向技术可以同时对多个方向进行测量，从而大大提高了测向速度。
例如，在检测空中飞机位置时，采用高精度天线阵列测向技术可以快速准确地得到飞机的方向和位置信息，从而支持更高效的航空交通管制。
三、高精度天线阵列测向技术的应用前景1、卫星导航高精度天线阵列测向技术可以利用卫星导航系统发射的信号来测定终端的位置。
它不仅可以提高定位精度，而且不受地形和气候的限制，可以在城市、山区、海岸等环境下实现高精度的位置定位。
2、航空监测高精度天线阵列测向技术可以用于对飞机位置的监测，可以在较短的时间内精确地测量飞机方向和位置的变化，为实现更有效的航空交通管制提供了有力支持。
第五章 高分辨(相位)衬度的起源与理论
面电子波。在菲涅尔近似下，有
ψ ( x, y ) =
− 2πik [( x − X ) 2 + ( y − Y ) 2 ] i exp(−2πikZ ) q X Y ( , ) exp dXdY ∫∫ Zλ 2R
= q ( x, y ) * PR ( x, y )
(4-8)
其中，q(x,y) 为物函数，Ψ(x,y)为传播 R 距离后的电子波函数， PR(x,y)为菲涅尔传播因子：
高分辨研究简史
关于高分辨透射电子显微镜的基本成像理论，Boersch 早在 1946 年在研究电子与 原子的相互作用时就提出，固体中的原子会对在其中传播的电子束进行调制，改变电 子波的相位。他认为，利用电子波的相位变化，有可能观察到单个原子，可以用来分 析固体中原子的排列方式。 这一理论实际上成为现代实验高分辨电子显微分析方法的理 论依据； 1947 年， 德国科学家 Scherzer 提出， 磁透镜的离焦 （defocus， 即所谓的 Scherzer 最佳欠焦量，而非通常的高斯正焦）能够补偿因透镜缺陷（球差）引起的相位差，从而 可显著提高电子显微镜的空间分辨率。 高分辨试验方面的最初结果首先是由 Menter 在 1956 年做出的。 在 20 世纪 50 年代， 由于透射电镜的线分辨率只有 1.2 纳米，点分辨率更差，大大限制了这一时期高分辨 电子显微技术的应用。直到 1970 年代，透射电镜点分辨率已达到几个埃的水平，对高 分辨电子显微学的应用创造了良好的物质基础。 1957 年，美国 Arizona 洲立大学物理系的 Cowley 教授等利用物理光学方法来研究 电子束与固体的相互作用，并用所谓“多层法”计算相位衬度随样品厚度、离焦量的变 化，从而定量地解释所观察到的相位衬度像，即所谓高分辨像，从而建立和完善了高分 辨电子显微学的物理基础。1971 年，Cowley、Iijima 等人首次获得了可直接解释的氧化 物晶体的高分辨电镜像，证实了他们所看到的高分辨像与晶体结构之间具有对应关系， 实际上是晶体结构沿着特定方向上的二维投影。 这一时期高分辨电子显微像的分辨率已 优于 4 埃。 Cowley、Iijima 的工作开创了一个应用高分辨电子显微学的新时代，从此 高分辨电子显微术开始被广泛地利用与多种领域，成为现代物理、化学、材料科学、矿 物学、生物学等多种学科研究的常用技术。 在这一章节中， 先介绍要一下有关高分辨电子显微学的一些基本理论和概念。 之后，讨论一下高分辨电子显微术的图像模拟方法，以及主要应用对象，并简单 介绍一下近年来高分辨电子显微学的一些新进展，如球差矫正（Cs corrector） ， 以及出射波重构（exit wave reconstruction）等新技术。
冲击噪声背景下均匀圆阵相干信源的DOA估计
ＭＥｊ （ ）ｐｍ￣ 一 ， ．（ 一 ｅ （ Ｏｓ Ｋ １ ｆ ｘｊ ）， ９ ）
ｉ ＝１
假设接收阵列由 个阵元组成 ； Ⅳ个远场窄 有 带信号以平面波形式人射到各个阵元上 ；入射角分别
写成 向量形 式为
ｌ【 ， ｆ ＝
式中：
’， ＝ ．
， ｗ ］ｘ Ｆ ｘ Ｍ —．（ ） …，Ｋ ＝ Ｈ ＝ Ｊ ｓ １ “ Ａ ０
为 （ ， ｆＬ， （ ； ｆ （， ｔ 噪声为 稳定分布模型描述 ） ） ）
的冲击噪声 ， 且与信号不相关． 传感器输出矢量【 】 可以
写为
【ｅ （ ２ｍ／ ， ｅｐ ｊ ｍＭ－）Ｍ）； １ ｘ － ｘ Ｍ） ｘ（ ２ （ １ ］ ，ｐ ｊ …， － ｎ ／
（ １ １）
ｘｔ＝ ｓ ） ，ｆ （ Ａ （ ＋ｌ） ） ｔ （．
／
，Ｌ ＇ ＿、
∑ｘ － ｃ（一 ， ０…Ｍ一 （ ｅｌｆｏ￣ ｌ ， ， １ ８ ｐｊ ｓ ｌ ＝ｌ ， ．）
ｉ１ ＝ 』 ／
ｆ， ； “＞０ １
ｓ （） ｛ ，＝ ； ｇ ｕ＝ ０ ０ ｎ “
（） ３
对快拍数据作 Ｄ Ｔ Ｆ ，当考虑Ｍ ＞２ 时，最大激 发相 位模式为 Ｋ ＝ ，可得 到
将 阵元空 间的均匀 圆阵变换成相位模 式空 间内的虚拟
方位角信息． 另外 由于均匀圆阵具有 圆对称性 ，其方
收稿 日期 ：２ １－０１． ０ １１ —４ 基金项 目：黑龙江省科技攻关计划基金资助项 ￣（ Ｚ Ｓ Ｏ） ＩＧ Ｏ ＡＩ １． 作者简介 ：韩晓东（９ ８） ，硕士研究生 ，主要研究方向 ：空间谱估 １８ ． ，男 计 ，Ｅｍａｌ ａ ｘａｄ ｎ ＠ｈｂ ｕ ｄ ． ． — ｉ ｎ ｉ ｏ ｇ ｒｅ ． ｕｃ ：ｈ ｏ ｅ ｎ
超分辨测向中阵元间互耦的校正
ｌ引 言
基于 阵 信号 处 理 技 术 来 突 破瑞 利极 限 ，从而 实 现 超分 辨 测 向 已经 成 为 电子 对 抗 、移 动 通 ４ 信 ， 声 纳 等 领 域 的 一 个 研 究 热 点 【 ． 尽 管 以 Ｍ ＵＳ Ｃ 算 法 为 代 表 的 各 种 信 号 ＤＯ 估 计 算 Ｉ Ａ 法 ， 在 理 想 情 况 下 较 常 规 的 测 向 方 法 有 着 许 多 的 优 势 ， 但 在 实 际 应 用 过 程 中 ，天 线 阵 各 个 单 元 之 间 的 互 耦 往 往 会 导 致 测 向 性 能 急 剧 下 降 甚 至 完 全 失 效 ［ ９ ，因 此 阵 元 间 互 耦 的 校 正 引 起 了 国 ３ １ －
？ 『 。 ） ｔ Ｎ（ ｒ ｎ（ 为第 ｉ 七 个阵元中零均 值且方差等于 Ｏ 的高斯 加性自噪声。 － 。 互耦矩阵 Ｃ 为 Ｎ × Ｎ
２ ０ － ４— ８ 收 到 ， ２ ０ － － ０ 定 穑 ０ ００ ２ ０ ０ １ｌ １
维普资出了一些解决 问题的办法 ． 中文献 ［ 提 出了一种对互耦进行补偿 其 ４ １ 的思路，但它要求 必须事先准 确已知互阻抗矩 阵，文献 【 ７ 提 出了最小平方法 文献 【 提 出 ５］ — ８ ］
了最 大 似然 法 ，但 它 们均 要求 辅 助信 号 源 的 个数 必 须 大 于 阵 元 个数 ，并 且天 线 阵 每次 只能 接 收 到 一个信 号 ．尽 管 文 献 【 提 出 了 一种 自校 正的办 法 ，但 它有 两大 缺 点 ：一 是 只 能应 用 于非 线 性 ９ １ 阵 ， 并 且 信 号 源 的 数 目 必 须 足 够 多 ； 二 是 计 算 量 大 、收 敛 速 度 慢 ， 最 终 结 果 很 容 易 落 入 局 部 最 小 点 ．跟 它 们 有 所 不 同 ，本 文 基 于 子 空 间 原 理 提 出 了 一 种 新 的 校 正 方 法 ， 该 方 法 的 优 点 在 于 校 正 时 允 许天 线 阵同 时 接 收所 有 的 校 正信号 和待 测 信 号 ，并 且 它 适 用于 均 匀 线 阵 和 均 匀 圆 阵，经 过 相应 的 处 理 后 还可 推 广到 存在 相 干 信 号 源 的场 合 ，从 而 具 有 较强 的实 用 性 ，计 算机 模 拟 结 果 证 明 了这 种 方 法 的可 行 性 。
任意平面阵列的宽带相干信号测向方法
第３ １卷第 ３期
２１ ００年 ３月
哈
尔
滨
工
程
大３１ ． Ｎｏ ３ ． Ｍ ａ ． ０１ ｒ ２ ０
Ｊ ｕｎ ｌｏ ｒｉ ｎ ｉｅ ｒｎ ｉｅｓｔ ｏ ｒ ａ ｆＨａｂｎ Ｅ ｇｎ ｅ ｇＵｎｖ ｒｉ ｉ ｙ
ｄ ｉ１ ． ９ ９ ｊ ｉ ｎ １ ０ ｏ ：０ ３ ６ ／ ． ｓ ． ０ ６—７ ４ ． ０ ０ ０ ． ２ ｓ ０ ３２ １． ３０ ０
ｐ ｅ ｎ ｎ ａ ｅ ａ ａ ｔｄ ｔ ｎ ａ ｂ ｔ ｒ ｌ ｎ ｒ ｙ Ｃ ｍｐ ｔｒ ｓ ｌｔ ｎ ｒ ｖ ｄ ｔ ｅ ｅｆｃｉ ｅ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅ ｏ ｌ ｍｅ ｔａ ｄ ｃ ｎ ｂ ｄ ｐ ｅ ｏ ａ ｒ ｉ ａ ｐ ａ ｅ ａ ａ ． ｏ ｕ ｅ ｉ ａｉ ｓ ｐ ｏ ｅ ｈ ｆ ｔ ｅ ｏｍａ ｃ ｆ ｒｙ ｍｕ ｏ ｅ ｖ ｆ
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阵列测向多值模糊问题研究
阵列测向多值模糊问题研究
阵列测向技术是一种能够通过多个接收器接收来自同一信源的信号，然后通过信号叠加的处理方法来实现对该信源的定位和测量的一种技术，被广泛应用于雷达、声纳、天线等领域。
但是，阵列测向存在多值模糊问题，即在实际应用中，当信源角度落在某些特定区域内时，无法精确确定信源角度，需要进行进一步的处理和优化。
本文旨在研究阵列测向多值模糊问题及其优化方法。
一、多值模糊问题的原因
阵列测向技术的多值模糊问题主要由以下因素造成：
1. 阵列元件数量限制：阵列元件的数量受到物理限制，当信源角度接近两个阵列元件之间的角度时，无法区分信源来自哪个方向。
2. 多径效应：信号到达接收器时可能经历多个路径，导致接收到的信号与实际信号存在时延和相位差，影响测向结果。
3. 噪声影响：阵列测向技术对信号质量要求较高，信号中的噪声会对测向结果造成影响。
二、多值模糊问题的解决方法
1. 信号处理方法：通过对信号进行加权、平滑等处理，减小信号的噪声和多径效应对测向结果的影响。
2. 优化阵列设计：通过增加阵列元件数量、采用复杂的阵列结构等方法，提高测向的精度和灵敏度。
3. 多信号源处理：采用多个阵列同时接收信号并进行处理，提高信号
的信噪比和抗干扰能力，从而解决多值模糊问题。
三、结语
阵列测向技术是一种十分重要的测量技术，但也面临着多值模糊问题。
需要通过信号处理、阵列优化等方法来解决该问题，提高测向精度和
灵敏度，为实际应用提供更好的支撑。
阵列信号处理概述研究背景及意义和波达方向估计技术
阵列信号处理概述研究背景及意义和波达方向估计技术1 概述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。
对所有探测系统和空间传输系统，空域信号的分析和处理是其基本任务。
将多个传感器按一定方式布置在空间不同位置上，形成传感器阵列。
并利用传感器阵列来接收空间信号，相当于对空间分布的场信号采样，得到信号源的空间离散观测数据。
阵列信号处理的目的是通过对阵列接收的信号进行处理，增强所需要的有用信号，抑制无用的干扰和噪声，并提取有用的信号特征以及信号所包含的信息。
与传统的单个定向传感器相比，传感器阵列具有灵活的波束控制、高的信号增益、极强的干扰抑制能力以及高的空间分辨能力等优点，这也是阵列信号处理理论近几十年来得以蓬勃发展的根本原因。
阵列信号处理的最重要应用包括：①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）；②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，即使他们在时域和频域是叠加的；③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[]1包括：波束形成技术——使阵列方向图的主瓣指向所需方向；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。
空间谱估计技术是近年来发展起来的一门新兴的空域信号处理技术，其主要目标是研究提高在处理带宽内空间信号（包括独立、部分相关和相干）角度的估计精度、角度分辨率和提高运算速度的各种算法。
在所有利用空间谱估计技术来实现对到达方向（DOA）估计的方法中，以R. O. Schmidt 提出的MUSIC 算法最为经典且最有代表性。
Schmidt 在MUSIC 算法中提出了信号子空间的概念，即在维数大于信号个数的观测空间中进行子空间的划分，找出仅由噪声贡献生成的空间（噪声子空间）和由信号和噪声共同作用产生的空间，根据这两个子空间的基底以及阵列流型即可得到待测方向满足的方程，由其解得到来波方向的估计。
和差波束测向原理
和差波束测向原理一、介绍和差波束测向原理的概念和应用背景和差波束测向原理是一种基于相干阵列信号处理的技术，可以用于对目标信号进行定向和定位。
其应用场景非常广泛，例如雷达、通信、声学等领域，被广泛应用于定向和定位。
二、和差波束测向原理的基本原理和流程和差波束测向原理的基本原理是利用阵列中不同元件接收的信号的相位差异，来实现目标信号的定向和定位。
其流程可大致分为以下步骤：1. 阵列接收信号。
阵列由多个元件组成，每个元件接收到信号的时间和相位可能不同。
2. 预处理信号。
利用相干阵列信号处理技术，将接收到的信号进行处理，得到差信号和和信号。
3. 滤波处理。
对差信号和和信号进行滤波处理，以增强目标信号的特征。
4. 信号定向。
利用差波束测向技术，对差信号进行延迟和加权，实现对目标信号的定向和定位。
5. 目标信号定位。
通过计算差波束和和波束的差异，可以找出目标信号的方位和距离。
三、和差波束测向原理的应用和优势和差波束测向原理可以广泛应用于通信、雷达、声学等领域，例如：1. 通信领域。
可以用于移动通信中的天线阵列设计，增强通信信号的传输性能和抗干扰能力。
2. 雷达领域。
可以用于飞机、汽车、船舶等运动目标的定位和追踪。
3. 声学领域。
可以用于水下声学通信、声呐定位、水下目标检测等应用。
和差波束测向原理具有以下优势：1. 高信噪比。
和差波束测向技术可以强化目标信号，降低噪声干扰，提高信噪比。
2. 高分辨率和定位精度。
利用阵列信号处理技术，可以实现高分辨率和高定位精度。
3. 方便实现。
和差波束测向技术可以通过软件实现，不需要额外的硬件设备，方便实现。
四、总结和差波束测向原理是一种基于相干阵列信号处理的技术，可以用于对目标信号进行定向和定位。
其应用场景非常广泛，例如雷达、通信、声学等领域。
和差波束测向技术具有高信噪比、高分辨率和定位精度、方便实现等优势。
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阵列相干信号的高分辨测向技术
本文针对阵列相干信号的高分辨测向技术,着重研究了不同的窄带解相干算法对方位估计性能的影响以及宽带相干信号中聚焦矩阵的求取原则和一些新颖的宽带聚焦方法。
论文的主要研究内容和创新点如下:研究了窄带相干源方位估计方法,针对算法在低信噪比时估计偏差较大的问题,设计一种数据处理方法,利用多次实验结果的均值作为参考,筛选出符合条件的实验结果,从而提高低信噪比时方位估计的准确性。
在分析了单快拍相干源方位估计方法的基础上,给出一种与信源相关度和快拍点无关的单快拍方位估计方法,并针对单快拍方法在低信噪比的性能下降问题,提出了一种快拍数据累加方法,该方法利用发射信号的周期性,选取每个周期的相同快拍点进行累加,仿真结果表明提出的方法可以有效改善单快拍方法在较低信噪比下的估计性能。
研究了基于角度预估和无需角度预估的宽带聚焦矩阵构造方法,讨论分析了不同聚焦矩阵构造方法对方位估计性能的影响,提出了一种离散阵列流形宽带聚焦方法,用离散化的阵列流形矩阵构造聚焦矩阵,不仅无需角度预估,而且避免了阵列流形内插法中贝塞尔函数的计算,有效地降低了运算复杂度,仿真结果验证了提出方法的有效性。
研究了无需构造聚焦矩阵的空间重采样方法和空时DFT投影方法,将数据重构的思想引入宽带MVDR算法中,仿真实验结果表明,对于宽带MVDR算法而言,数据重构方法比起FFT插值法具有更低的分辨信噪比门限和均方根误差。
提出一种改进的空时DFT投影算法,通过适当提高采样频率可以有效改善空时DFT投影方法的方位估计性能,结合运算量小的ESPRIT-like算法,提高实时性,并且其性能优于空间重采样方法。
研究了基于贝叶斯聚焦的宽带相干源方位估计方法,提出了一种酉聚焦贝叶斯方法,可以根据不同的预估角度和预估波束宽度调整加权函数,通过仿真实验证明了提出的方法可以有效减少方位预估的计算量,获得比RSS算法更加优越的性能。