基于MATLAB的阵列信号处理仿真方法

基于MATLAB的阵列信号处理仿真方法

摘要:介绍如何使用MA TLAB构建阵列信号处理系统模型，包括相千信号模型，幅度和相位误差模型，针对不同模型，实现协方差矩阵产生方法，波达方向估计的子空间方法，自适应波束合成器的权值求解算法和方向图、阵列增益等系统参数的仿真这些仿真模型和方法，对于各种复杂的阵列信号处理研究，具有重要的基础作用

Array Signal Processing Simulation Based on MATLAB

(Department of Communication Engineering, Chongqing University, Chongqing 400030, China) Abstract: MATLAB is used to develop the system model of array signal processing, such as the correlated signals, the error of amplitude and phase. To deal with these different models, MATLAB offers great instructions and factions, which make the simulating considerably convenient. The key programs were proposed, which could simulate the covariance matrix estimation, estimate the DOA (direction of arrival) of signal based on subspace, calculate the weight vector of adaptive beamformer, and get some basic system parameters. Some examples show the detail procedure and the programs are useful to the array signal processing research. Furthermore, these methods take an important function to many other complicated

si mul anon s.

Key words: array signal; covariance matrix; DOA; beamforming

引言

阵列信号处理源于60年代相控阵天线技术[}t}，目前，

广泛用于雷达、通信、超声波、语音、水下探测等等小同领

域。阵列信号处理的对象，是山阵列天线接收的采样快拍数

据，而利用各种信号处理的算法和工具，主要实现两个目的

f Z-41:一是进行空间谱估计，通过对信号分析，确定信号波

达方向;二是进行波束介成，利用自和非自算法，得到阵列

加权矢量。就实现手段而言，早期相控阵中，采用模拟方式，

而目前则是在数字域实现，利用FPGA或者DSP这些硬件

平台，完成信号处理算法。阵列信号处理的算法研究，}I-.}I

通过仿真进行。在MATLAB中，如何建立仿真模型，如何

实现各种基本研究参数评价指标仿真，对于复杂的阵列信号

处理具有重要意义。

1阵列信号处理的信号模型

山于阵列信号处理对象都是阵列天线接收信号，所以，

小同应用领域的信号模型是相同或相似的。对于一个远场窄

带零均值的入射信号，其N阵元构成阵列如图1所示。如

果用单位方向矢量“表示信号来向，矢量P表示阵元坐标，

则第Z个阵元接收信号相对于原点信号的时间延迟为

（1）

其中，C是光速，而

（2）

（3）如果原点位置接收信号的复数表示为

（4）则山于信号是窄带的，可以小考虑包络延时，阵列接收信C7}J

矢量可以表示为

（5）定义波数矢量

（6）由此可以表示方向矢量

（7）考虑阵列信号处理一般是在基带进行，信号中已经没

有载波分量，接收信号可以表示为

（8）由此可见，阵列接收信号的确定，一方而决定于信号

的复基带表达式，另一方而则决定于方向矢量，而方向矢量又是山信号DOA和阵列几何结构确定的。