0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
-80
-80 -60 -40 -20
0
20
40
60
80
Angle of Arrival (deg.)
[-55 -35] [35 55]
Pattern (dB)
5
0
-5
-10
-15

.[3] . 1991.

.[4] , , , ,
, , .15 , .4 , 1998.
自适应波束形成(,空域滤波)
实质是通过对各阵元(传感器)加权进行空域滤 波以到达对不同来向的信号进行增强或抑制的目 的，而且它可以根据信号环境的变化，来自适应 的改变各阵元的加权因子。

在理想的条件下，自适应波束形成可以有效
m
加性噪声。
将整个阵列的输出信号写成矩阵形式为：
x (t) A (t) sn (t)
矢量A 、 阵[a 列(响1)应 ,矩,a 阵(。P 为)阵]列流行矩阵、空间信号方向
a ( ) [ 1 e , ,e ] j2 d si /n
j2( M 1 ) d si /n T
阵列信号处理系统构成
接收形式: 多个传感器(阵元)，声纳，天线。 常见的阵列几何结构：均匀线阵，非均匀
线阵，面阵中的均匀和非均匀圆阵，非均 匀L阵，十字阵等，共形阵(立体阵)。
多传感器阵列 多通道接收机 多通道同 步采集和模数转换 数据处理终端
阵列信号的应用领域
着重空间传输信号(电磁波、声波、地震 冲击波)的获取、处理与传输，应用于雷达、 声纳、导航、地震探测、 移动通信()、 生 物医学等领域。阵列系统的多信号处理能 力、参数提取的高分辨、高精度和抗干扰 能力等优点，很大程度上都依赖于适当的 阵列信号处理算法。
2. 快速算法(子空间跟踪与更新，权系数更新)。
3. 相干信号和宽带信号环境。
4. 低信噪必(弱信号)、短数据环境下的检测与
估
计。
5. 新方法(，( )，, )。
波束形成：
1. ( , , , ) .
2. .

.
四、应用领域的一些实例
仿真结果
方向图综合例子
Pattern (dB)
阵列系统模型的假设
阵列信号数学模型
设P个空间信号入射到由M个阵元组成的
阵列，t时刻第m阵元的输出可以用矩阵表
示为： x(t) Pa()s(t) n(t)
m
l 1 m l l
m


s (t) l
为第l个入射信号波前a，m ( )
为第m个
阵元对该信号的响应系数，n (t) 为阵元接收
j k • p M T
1
M
阵元及通道幅相特性一致性
设第m个阵元对应信道的幅度和相位特
性为g e jm m
,则阵列响应系数将受此幅相特性
加权，即有：

x (t) A (t) sn (t)
d{ i g e a j 1 , ,g g e jM }
1
M
阵元之间的互藕
阵列信号处理中的若干问 题与研究
主要内容
阵列信号处理的基本知识 阵列信号处理的主要内容 当前的一些研究热点和新技术 应用领域的一些实例 仿真结果 实测数据处理
一、阵列信号处理的基本知识
阵列信号处理系统构成 阵列系统模型假设 阵列信号数学模型 对阵列及其通道的假设 对信号和噪声的假设
为信号源矢量。
s [s(t) ,,s(t)T]
波传播的方1向信息含于P载波上，而不是复包络上，即与 波形无关(这与时域信号处理不同)，空间信息含于载波 上，时域信息含于信号包络上。
对阵列及其通道的假设 阵元的方向性：
空间入射信号示意图
a ( ) [ f ( ) e , ,f( ) e] j k • p 1
信号数目
属于信号检测问题()，一般假定先验已 知。
二、阵列信号处理的主要内容
信号参数估计(，频率，极化参数，距离，时延等): 谱估计方法(子空间方法，波束形成方法)，参数化 方法(最大似然，基于子空间逼近方法)。

[1] , : , , .13, .4, 1996.

.[2] , , , ,1993.
有关因素：阵元之间的间距大小，系统工
作
频段，采用的传感器类型等。
Hale Waihona Puke 设所有阵元之间的藕合系数矩阵为C，则 考虑到阵元间互藕的阵列输出信号模型为：
x ( t) C A ( t) s n ( t)
阵元位置 阵元测向的关键信息是空间信号入射到各
阵元的相对延迟相位，而这一相位依赖于阵 元之间的空间位置，阵元位置误差直接导致 延迟相位估计误差，从而影响信号参数估计。
的抑制干扰而保留期望(有用)信号，从而使阵列
的输出信号干扰噪声比()达到最大。
三种准则：, ,

时域滤波
频率响应
通带
阻带
频率选择
空域滤波 方向图 主瓣 旁瓣 方向选择
三、当前的一些研究热点和新技术
参数估计以及信号检测：
1. 非理想条件下稳健的参数估计方法和信号检 测 (色噪声，非平稳信号环境，阵列存在系统误 差（包括互藕、幅相误差、位置误差）)。
窄带假设
信号带宽远小于信号波前跨越阵列最大口径所需 要的时间的倒数，即有如下假设：

B L 1

F
式中L为阵列最大口径，F和 为信号中心频率和该
频率对应的波长。

远场假设
即辐射源到阵列的距离远大于阵列的最大口径， 从而入射到阵列的信号波前可近似为平面波前( ).
L2
d
阵列模糊 阵元间距大于/2 时，影响空间信号到达
角的可辨识性和确定性，需要解决阵列模糊 问题。
各通道同步采集假设 阵列接收信号需要进行采样和Ａ／Ｄ变
换为数字信号后进入处理器进行算法处理。
采样率 宽频段信号：采用欠采样率(空时欠采样)，
需要解模糊算法。
对信号和噪声的假设
入射信号统计特性
空间入射信号平稳且各态历经，可以用 时间平均代替集合平均。一般还假定各入
射信号统计独立。
E { s ( t) s H ( t) } d{ i2 , a ,2 g }
s 1
s P
噪声统计特性
空时白高斯噪声；色噪声环境下需要稳 健的算法。
E { n (t)n H (t) }2I