多通道信号处理中的自适应阵列处理技术
北斗卫星导航系统及抗干扰算法研究
北斗卫星导航系统及抗干扰算法研究摘要：本文主要介绍了北斗卫星导航系统（GNSS）组成、特点及应用，概述了北斗导航信号抗干扰算法，提出了改进后的抗干扰算法-空时频联合自适应抗干扰算法，推导出了具体算法及流程，对空时频联合自适应抗干扰算法进行了仿真计算验证，该抗干扰算法已在实际项目中验证其可靠性，具有很强的工程意义。
0 引文北斗卫星导航系统为我国自主研制开发的全球卫星导航系统，可实现全方位定位、导航、授时等功能，在国家经济建设以及国防安全方面扮演着十分重要的角色。
北斗导航接收机通常工作在复杂环境中，容易受到电磁干扰的影响，这会影响导航定位的正常运行。
为此，针对提高接收机抵抗电磁干扰，研究人员研制了卫星抗干扰设备为北斗导航设备的正常运行提供保障。
因此，对于北斗抗干扰技术仍有很大的研究空间。
目前，常见的抗干扰算法有空域抗干扰算法、时域抗干扰算法、频域抗干扰算法、空时抗干扰算法、空频抗干扰算法、LMS自适应窄带陷波抗干扰算法等。
国外已对导航抗干扰算法进行了大量的研究，例如文献给出了LMS变步长算法，文献针对共轭梯度抗干扰算法进行了分析与推导，给出了优化计算过程。
国内西安电子科技大学的王营营改进了扩频技术的GPS抗干扰方法，国防科技大学鲁祖坤开展了天仙阵抗干扰关键技术研究等。
现今对于抗干扰算法的改进优化以及仿真实现仍是行业热点。
本文针对北斗导航接收机设备提出了空时频联合抗干扰算法，给出了具体的推导过程及算法原理，实现了北斗三号卫星导航抗干扰平台系统，并在具体工程上进行了算法的实际验证与应用。
1 北斗卫星导航系统目前，全球卫星导航系统(GNSS-Global Navigation Satellite System)主要包括了以下几种：美国的全球定位系统(GPS- Global Positioning System)、欧洲的伽利略卫星定位系统(GALILEO-Galileo Satellite Navigation System)、俄罗斯的全球导航卫星系统(GLONASS- Global Navigation Satellite System)以及我国的北斗导航卫星定位系统(Bei Dou Navigation Satellite System)等。
多通道信号处理中的阵列信号处理技术
多通道信号处理中的阵列信号处理技术在现代通信领域中，多通道信号处理已成为一项重要的技术，能够在众多应用中实现高效的信号提取和处理。
而其中，阵列信号处理技术则是多通道信号处理中的关键技术之一。
本文将以阵列信号处理技术为主题，探讨其在多通道信号处理中的应用和重要性。
一、阵列信号处理技术的基本概念阵列信号处理技术是指利用多个接收通道对信号进行采集和处理的一种信号处理方法。
这些接收通道可以部署在不同的位置上，通过对各通道接收到的信号进行分析和处理，可以获得目标信号的方向、距离和频率等信息。
阵列信号处理技术在无线通信、雷达、声纳等领域中都有着广泛的应用。
二、阵列信号处理技术的原理在阵列信号处理中，通过合理地设计和部署接收通道，并利用差分和合成等技术，可以实现对信号的增强和抑制。
其基本原理可以概括为以下几个方面：1. 时差测量：通过计算不同通道接收到信号的时间差，可以确定信号的到达方向。
这种方法被广泛应用于声纳和雷达领域，用于目标定位和跟踪。
2. 相关性分析：通过对不同通道接收到的信号进行相关性分析，可以提取出目标信号并抑制噪声。
这种方法在无线通信和雷达等领域中被广泛应用，可以提高信号的质量和可靠性。
3. 波束形成：通过对接收到的信号进行加权合成，可以实现对信号的增强和抑制。
这种方法在天线和无线通信系统中被广泛应用，可以提高通信质量和距离。
三、阵列信号处理技术在多通道信号处理中的应用阵列信号处理技术在多通道信号处理中有着重要的应用。
以下列举了几个常见的应用场景：1. 无线通信系统：在无线通信系统中，利用阵列技术可以实现多天线发射和接收。
通过对接收到的信号进行处理，可以提高无线信号的覆盖范围和传输速率。
2. 声纳系统：在声纳系统中，通过部署多个接收通道，可以实现对海洋中的声波信号进行定位和跟踪。
阵列信号处理技术可以提高声纳系统的性能和探测范围。
3. 雷达系统：在雷达系统中，利用阵列技术可以实现对目标信号的定位和跟踪。
利用多通道、低速率采样信号重构完整宽带信号的稳健方法
利用多通道、低速率采样信号重构完整宽带信号的稳健方法马仑;赵祥模;茹锋【摘要】对宽带信号直接采样要求模数转换器具有高采样速率,这将导致采样精度降低并且难以实现.采用将宽带模拟信号进行多通道、低速率采样的思路,提出一种利用自适应波束形成技术恢复信号完整带宽的新方法.该方法可以同时实现低采样速率与高精度,而且对通道延迟及其他误差稳健.仿真数据的处理结果验证了该方法的有效性.%Sampling broadband signal directly requires a high sampling rate of A/D converter, which leads to a reduction of the sampling accuracy and is difficult to be realized. An idea that performing a multi-channel and low rate sampling with broadband analog signal is introduced, a new method of utilizing adaptive beamforming technique to recover complete bandwidth of the broadband signal is proposed. Application of this method can implement both low rate sampling and high accuracy) in addition, it is robust to channel delay and other errors. The processing result of the simulated data verifies the effectiveness of this method.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2011(034)019【总页数】4页(P65-68)【关键词】多通道采样;自适应波束形成;模数转换器;通道延迟【作者】马仑;赵祥模;茹锋【作者单位】长安大学信息工程学院,陕西西安710064;长安大学信息工程学院,陕西西安710064;长安大学电子与控制工程学院,陕西西安 710064【正文语种】中文【中图分类】TN957-340 引言现代雷达、通信等信号处理系统通常要求先对天线接收信号进行数字化后再利用数字器件进行处理。
阵列信号处理全.ppt
▪平面阵
图1.5
▪立体阵
图1.6
b. 参数化数据模型
假设N元阵分布于二维平面上，阵 元位置为：
rl xl , yl ,l 1,2, , N
一平面波与阵面共面，传播方向矢
量为： 1 cos ,sin T
c
y
r
x 图1.7：二维阵列
几何结构
阵元
l 接收信号为：xl
t s rl,t
滤波：增强信噪比 获取信号特征：信号源数目 传输方向（定位）及波形 分辨多个信号源
定义：
➢传感器——能感应空间传播信号并且能以某 种形式传输的功能装置
➢传感器阵列(sensors array)——由一组传感 器分布于空间不同的位置构成
由于空间传播波携带信号是空间位置和时
间的四维函数，所以：
连续：面天线
波动方程的任意解可以分解为无穷多个“单频”
解的迭加（传播方向和频率分量均任意）。
波动方程的单频解可以写成单变量的函数：
sr,t Aexp[ j(t kT r) Aexp[ j t T r ]
式中 k ，其大小等于传播速度的倒数，其方向与 传播方向相同，常称为慢速矢量(slowness vector)。
2. G.Strang,"Linear Algerbra and Its Applications", Academic Press,New York ,1976.(有中译本， 侯自新译，南开大学出版社，1990)
§2.1线性空间和希尔伯特空间
一、符号及定义
1. 符号
以后我们常用字母加低杆表示矢量和矩阵，
实际阵列
空间采样方式 虚拟阵列（合成阵列如SAR）
空时采样示意图如下：
基于阵列信号处理的一体化模块设计
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。
第四章 阵列信号处理
通常信号的频带B比载波 ω 小很多，即s(t)变化 相对 ω 缓慢，则延时
1 c
r α <<
T
1 B
则可以认为 s (t − r α ) ≈ s (t ) 即信号包络 在各阵元上差异可忽略——窄带信号。
4.2 等距线阵与均匀圆阵
一、等距线阵 M个阵元等距排成一直线，阵元间距为d，到达波 的方向角定义为与阵列法线的夹角 θ ，称为波 达方向（DOA）。 在三维空间中还可以 θ θ 确定信源方位角 ψ
d
5
4
y
ψ
2
1
x
等距线阵（ULA）的方向向量
aULA (θ ) = [1, e = [1, e
−j 2π − j k d sin θ −j
,L, e
2π
− j k ( M −1) d sin θ T
]
λ
d sin θ
,L, e
λ
( M −1) d sin θ
]T
若有多个信源(p个),波达方向分别为 θ i (i − 1, L, p) 方向矩阵为
A = [a(θ1 ), a(θ 2 ),L, a(θ p )] = 1 ⎡ ⎢ e − j 2λπ d sin θ1 =⎢ ⎢ L ⎢ − j 2λπ ( M −1) d sin θ1 ⎣e ⎤ π − j 2λ d sin θ p ⎥ L e ⎥ ⎥ L L π − j 2λ ( M −1) d sin θ p ⎥ L e ⎦ L 1
θ
d sin θ
Vandermonde矩阵
阵列结构不允许其方向向量和空间角之间模糊， 等距线阵阵元间距不能大于 λ ，则可以保证 2 方向矩阵中各个列向量线性独立。 二、等距线阵的阵列响应与方向图 在单个信源情况下，阵列输出为各阵元信号的加 权和（不考虑噪声），
多通道语音增强方法简介
多通道语音增强方法简介【摘要】由于多麦克风越来越多地部署到同一个设备上，基于双麦克风和麦克风阵列的多通道语音增强研究有了较大的应用价值。
介绍了自适应噪声对消法、FDM等双通道语音增强方法和波束形成、独立分量分析等麦克风阵列语音增强方法，对各个方法的原理、发展和优缺点进行了详细分析和总结，对多通道语音增强深入研究有一定帮助。
【关键词】语音增强；双通道；麦克风阵列；波束形成1.引言语音是人们通讯交流的主要方式之一。
我们生活的环境中不可避免地存在着噪声，混入噪声的语音会使人的听觉感受变得糟糕，甚至影响人对语音的理解。
在语音编码、语音识别、说话人识别等系统中，噪声也会严重影响应用的效果。
语音增强成为研究的一个问题，其模型如图1所示。
图1 语音增强模型按照采集信号的麦克风数量分类，语音增强方法可被分为单通道（single channel）、双通道（dual-channel）、麦克风阵列（microphone array）三种类型。
一般来说，麦克风越多，去噪的效果越好。
早期，大部分通信/录音终端都只配有一个麦克风，因此单通道语音增强吸引了大量研究者的目光，方法较为成熟。
但单通道方法的缺点是缺少参考信号，噪声估计难度大，增强效果受到限制。
近年来随着麦克风设备的小型化和成本的降低，双麦克风和麦克风阵列越来越多地被部署。
研究者的注意力也在从单通道语音增强向双通道和麦克风阵列语音增强转移，这里对已有的多通道语音增强算法作以简单介绍。
2.双通道语音增强方法在语音增强中，一个关键的问题就是获得噪声。
在单通道语音增强中，噪声是通过从带噪语音信号中估计得到的，估计算法较为复杂且估计噪声总是与真实噪声存在差异，这就限制了增强效果的提高。
为了获得真实噪声，简单的做法就是增加一个麦克风来采集噪声。
从带噪语音信号中减去采集噪声来得到语音信号，这种方法叫做自适应噪声对消法（ANC，adaptive noise canceling），是最原始的最简单的双通道语音增强算法。
阵列信号处理
阵列信号处理是信号处理的一个年青的分支，属于现代信号处理的重要研究内容之一，其应用范围很广，可用于雷达、声呐、通信、地震勘察、射电天文和医用成像等众多领域。
阵列信号处理是将一组传感器在空间的不同位置按一定规则布置形成的传感器阵列（尽管采用的传感器的类型可以不同，如天线、水听器、听地器、超声探头、X射线检测器，但是传感器的功能是相同的，它是连接信号处理器和感兴趣的空间纽带），用传感器阵列发射能量和（或）接收空间信号，获得信号源的观测数据并加以处理。
阵列信号处理的目的是从这些观测数据中提取信号的有用特征，获取信号源的属性等信息。
目前，阵列信号处理在雷达及移动通信等领域有着广泛而重要的应用。
在相控阵雷达体制中，自适应波束形成技术在抑制杂波干扰方面起着关键的作用。
在移动通信中，基于阵列信号处理的波达方向估计技术，使移动通信进入一个崭新的阶段。
本论文首先介绍阵列信号处理的基础知识。
在此基础上，着重讨论阵列波束形成技术，非理想线性阵列的雷达信号波达方向和多普勒频率估计，均匀圆形阵列的信号波达方向估计和复杂信号的波达方向及参数估计等四方面内容。
这些内容都是阵列信号处理领域的研究热点。
它们无论对阵列信号处理的理论发展还是实际应用，都有重要的意义。
目前，人们普遍关注在阵列响应矢量未知情况下，自适应波束形成问题，即盲自适应波束形成技术。
本文第一方面介绍了最基本的阵列波束形成方法，即最小均方误差波束形成器，线性约束最小方差波束形成器和基于特征空间的波束形成器（ESB）。
在此基础上，提出一个基于特征空间的盲自适应波束形成算法。
此算法首先根据高分辨波达方向估计方法，估计信号源的波达方向，然后以此方向形成约束导向矢量，进而计算出ESB波束形成算法的最优权矢量，最后，对期望目标形成笔状波束。
此算法能够有效地抑制信号的对消现象，并且能够应用于在波束中有多个期望信号的场合。
当阵列存在各种误差时，一般高分辨波达方向估计方法（如MUSIC）的估计性能严重下降。
- 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)。
多通道信号处理中的自适应阵列处理技术自适应阵列处理技术在多通道信号处理中扮演着重要的角色。
它是一种利用多个传感器接收并处理信号的方法，通过选择性地增强所需信号、抑制干扰信号，提高通信质量和可靠性。
本文将通过介绍自适应阵列处理技术的原理和应用领域，探讨其在多通道信号处理中的重要性和优势。
一、自适应阵列处理技术原理
自适应阵列处理技术基于波束形成和空间滤波的原理，通过计算传感器阵列中各个传感器之间的差异信息，调整传感器的增益和相位，实现对指定方向信号的增强以及对干扰信号的抑制。
1. 波束形成
波束形成是指通过合理选择传感器的权值，使得波束指向指定的方向，从而增强来自该方向的信号。
传感器阵列接收的信号中，如果目标信号来自于阵列的指定方向，那么经过相位和幅度的调整后，信号在阵列中各个传感器上的相位将趋于一致，从而在合成波束上形成最大增益。
2. 空间滤波
空间滤波是指对传感器阵列接收到的信号进行加权叠加，通过调整权值达到抑制干扰信号的目的。
通过传感器阵列之间的相位差异来调整权值，可以选择性地滤除不需要的信号，提高接收信号的质量。
二、自适应阵列处理技术的应用领域
自适应阵列处理技术具有广泛的应用领域，包括无线通信、雷达与声纳、医学图像处理等。
1. 无线通信
在无线通信系统中，自适应阵列处理技术可以用于空中接口中的信号增强和干扰抑制。
通过自适应阵列处理技术，可以提高无线信号的接收灵敏度和抗干扰能力，增强通信质量和可靠性。
2. 雷达与声纳
自适应阵列处理技术在雷达与声纳系统中有着重要的应用。
通过波束形成和空间滤波，可以实现对目标信号的精确定位和抑制来自其他方向的杂乱信号，提高雷达与声纳系统的探测性能。
3. 医学图像处理
在医学领域，自适应阵列处理技术可用于医学图像处理中的噪声抑制和信号增强。
通过选择性地增强医学图像中的有用信息，可以提高图像的清晰度和准确性，辅助医生进行诊断和治疗。
三、自适应阵列处理技术的优势
自适应阵列处理技术在多通道信号处理中具有许多优势，以下是其中几个主要的优势：
1. 强抗干扰能力
通过自适应阵列处理技术，可以实现对干扰信号的抑制，提高信号的纯净度和可靠性。
这使得系统能够在复杂的干扰环境下正常工作，不受外界干扰的影响。
2. 准确的方向控制
自适应阵列处理技术可以根据所需的信号方向，调整传感器的增益和相位，实现对指定方向的信号增强。
这使得系统能够精确地定位和跟踪目标信号，提高处理的准确性。
3. 灵活性和可扩展性
自适应阵列处理技术基于数字信号处理的原理，使得系统具有较高的灵活性和可扩展性。
通过调整权重和相位，可以适应不同的信号环境和需求，提高系统的适应性。
四、总结
自适应阵列处理技术是多通道信号处理中的重要技术之一。
通过波束形成和空间滤波的原理，可以实现对指定方向信号的增强和对干扰信号的抑制。
该技术在无线通信、雷达与声纳、医学图像处理等领域具有广泛的应用。
通过提高信号的质量和可靠性，自适应阵列处理技术对于改善系统性能和提升用户体验具有重要意义。
随着科技的不断发展，相信自适应阵列处理技术将在更多的领域中发挥着重要作用。