相干干擾條件下的自適應陣列信號處理研究

專題

IGITCW

技術

Special Technology

相干干擾條件下的自適應陣列信號處理研究

黃一波，張 婭

（宜賓職業技術學院，四川 宜賓 644003）

摘要：自適應陣列廣泛應用于雷達、聲納及通信等領域。在雷達實際工作環境中，遇到相干干擾時，自適應陣列性能

會急劇下降。空間平滑技術是一種常用的處理相干源的預處理方法，利用空間平滑技術，文章介紹一種結合自適應理論和

空間平滑技術的自適應陣列信號處理方法，經過理論和仿真分析，這種方法對相干干擾有著很強的抑制作用。

關鍵詞：雷達；自適應陣列；空間平滑；相干干擾

doi：10.3969/.1672-7274.2020.12.025

中圖分類號：TN957.51 文獻標示碼：A 文章編碼：1672-7274（2020）12-0064-03

0 引言

自適應陣列又稱為自適應天線，智能天線，空域自

適應濾波器，自適應波束形成。自適應波束形成技術應

用廣泛，諸如通信、聲納、雷達等方面都被采用。雷達

中最常見的空域抗干擾措施就是采用自適應陣列即空域

濾波的手段來抑制干擾信號。空間平滑技術是一種常用

的處理相干源的預處理方法，由Evans等人首先提出，

并經過不斷改進，平滑后的相關矩陣可以較好地用于相

干源波達方向估計。利用處理相干源的空間平滑技術，

本文介紹一種結合自適應理論和空間平滑技術的自適應

信號處理方法，經過理論和仿真分析，這種技術對相干

干擾有著很強的抑制作用。

（6）

求解上述問題，可以得到最佳權向量：

；其中。

2 空間平滑技術

當干擾信號與期望信號相干時，由于相干信號間相

位保持不變，在某一特定陣元上，線性約束最小方差波

束形成器會將二者當作一個來波，形成波束時會導致期

望信號被對消掉。

干擾信號與期望信號相干會使陣列輸入相關矩陣

R

xx

虧秩，空間平滑的目的就是使恢復滿秩，從而達到

R

xx

解相干的目的。如下圖所示，前向空間平滑將陣元數為

Mpm

的陣列分成個長為的相互重疊的子陣，子陣陣元

數和子陣個數滿足-1。

M=p+m

1 窄帶自適應陣列的信號模型

在這一節中我們假設陣列排列方式為一維均勻線

陣，陣元數設為，信號個數設為，其陣列輸入矢量

MN

XASN

=+可以寫為：（1）

其中：

信號矢量：

陣列對信號的操縱矩陣：

（2）

（3）

（4）

陣元噪聲向量： （5）

設各陣元上的噪聲為獨立同分布高斯白噪聲。

是第個信號的操縱矢量，有，

i

其中

，為陣元間距，為電磁波波長。

dλ

陣列輸入相關矩陣

。波束形成輸出信號表示為，其中權值矢量為

。當期望信號的DOA（）已知時，對

θ

于線性約束最小方差算法就是要選擇一個權，使得陣列

輸出功率最小，同時滿足期望信號方向的增益為常數的

約束條件，即：

圖1 前向空間平滑算法示意圖

第個子陣收到的輸入矢量為：

n

那么該子陣的輸入相關矩陣為：

其中，是一個×的參考子陣的導向矢量矩

AmN

m

陣（通常取第一個子陣）。

，

，，

R

SSm

為信號的協方差矩陣，為×單位陣。

Imm

然后取所有子陣列的協方差的平均值得前向空間平

作者簡介：黃一波（1981-） ，男，漢族，重慶人，高級工程師，碩士，研究方向為物聯網，通信工程。

張 婭（1980-），女，漢族，重慶人，副教授，碩士，研究方向為軟件工程、大數據。

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DIGITCW

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滑的協方差矩陣，即：

其中。

命題：

。

證明：，

∴為滿秩的范德蒙矩陣；

A

m

定理：若子陣陣元數，，則當

時。

證明：

∴可用一矢量表示為，其中

R

SS

∴將它代入得

式中

，范德蒙矩陣

顯然

∵假設有個信號源，表征第個源

Nk

幅度不為零

由上可知前向空間平滑數據協方差矩陣是滿秩的，

即協方差矩陣的秩得到有效恢復，在線性約束最小方差

算法中將替代便可以達到解相干的目的。

R

xx

圖2 后向空間平滑算法示意圖

前面介紹的前向空間平滑算法解決了相干信號的處

理問題，但與前后向空間平滑技術相比，犧牲犧牲陣元

太多，下面進一步介紹前后向空間平滑技術，盡量增大

天線口徑。

如按上圖劃分子陣，即采用后向空間平滑的方

法劃分子陣，則第個子陣收到的輸入共軛矢量為：

i

Special Technology

專題技術

DCW

比較前向空間平滑和后向空間平滑的輸入矢量，可

以得到前向空間平滑中第個子陣與后向空間平滑中第

k

個子陣之間存在如下關系：

其中*表示求共軛，為維的交換矩陣。

Jm

由此類比前向空間平滑的協方差矩陣的定義，對前

向空間平滑協方差矩陣的適當變換，便可以得到后向空

間平滑協方差矩陣，從而省去了后向空間平滑協方差矩

陣的計算。后向空間平滑協方差矩陣為：

定義前后向空間平滑協方差矩陣為：

由此得到的最優自適應權為：

其中。

采用前后向空間平滑技術可以增加子陣的數目，結

果是天線的孔徑增大了，且對相干信號源具有去相關能

力，是一種比較理想的改進方法。

3 仿真實驗

下面作性能仿真說明。在性能仿真中，陣列信號相

關矩陣是用有限次快拍數據來估計得到。取=30等距

N

線陣，陣間距=1/2，期望信號源在0°方向，一個非

dλ

相干干擾信號源在-20°方向，一個相干干擾信號源在

20°方向。信噪比為30dB，信干比均為-5dB，快拍數

為1024，子陣長度取為m=15。

圖3 圖4

從上面仿真結果可以看出，當期望信號遭到干擾時，

常規的線性約束最小方差波束形成能有效的抑制非相干

干擾，但無法抑制相干干擾，通過前后向空間平滑預處

理后，再用線性約束最小方差波束形成則既能有效抑制

非相干干擾又能有效抑制相干干擾。空間平滑的代價是，

由于將接收陣列分成多個子陣，所以減小了陣元數和陣

面孔徑。

4 結束語

本文討論了一種利用前后向空間平滑技術預處理后

的自適應陣列信號處理來對相干干擾進行抑制的新技

術。計算機仿真結果證明，該方法是一種有效的相干干

擾抑制技術，同時也能抑制非相干干擾。性能仿真驗證

了該方法的優越性能。

（下轉第57頁）

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數字通信世界

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Radio Wave Guard

電波衛士

差為10 km，窄帶采集15次的平均定位誤差為23.4 km。從實測數據分析可知，相比于窄帶采集模式，基于

窄帶采集比寬帶采集的平均定位誤差要高出13.4 km。寬帶采集的衛星干擾源定位系統，由于能有效消除參考

當采集時間為5 s時，寬帶采集15次的平均定位誤源不同步采集帶來的近似誤差及變頻器晶振穩定度誤

差為12.2 km，窄帶采集15次的平均定位誤差為30.7 km。差，能明顯改善定位系統定位精度，寬帶采集模式優于

窄帶采集比寬帶采集的平均定位誤差要高出18.5 km。窄帶采集模式。

DCW

參考文獻

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5 結束語

（上接第54頁）

師、音響設計和建筑聲學專家共同配合，

否則將嚴重影響節目的錄音效果。在聲學裝修上，對于

面層裝飾材料應以環保、防火、易于清潔等為選材原則，

不建議選用高檔、華麗的面層材料。實際上，大多數演

播廳在實際使用時，內部聲學裝修材料大多被舞臺布景、

觀眾等所遮擋。同時，演播廳預留一部分可以靈活設置、

安裝的吸聲簾幕或可靈活安裝的寬頻吸聲構造。當舞臺

聲學環境較差時，為錄音師盡可能多的提供一些吸聲材

料，方便節目的拾音布置。

中，大幅提高攝像機景深效果，也為攝像機搖臂、軌道

的操作留出足夠空間。

燈具光源采用節能、環保的LED燈具，所有燈具要

求運行穩定性良好，具備色溫偏差小、顯色性好的特點，

對燈光的整體技術指標，燈具顯色性大于90，色溫為5，

600 K，景區整體照度不低于1，200LX。

5 結束語

佛山電視臺南海分臺融媒體中心自2020年8月正式

啟用以來，將新媒體采編、調度、發布等功能組團有機

融合，將原來分散獨立的信息集成在一個系統上，聯動

臺內技術、行政支撐部門，協同事件處置，實現數據的

互聯互通、信息共享，提高數據利用率，支持和保障導

向正確和高效生產。憑借系統的科學性、合理性、先進性、

可靠性、實用性、拓展性，發揮了“中央廚房”的優勢，

盤活了各類資源，對域內資源進行了優化配置、統籌使

用、發揮效能，可作為穩定的解決方案在各區縣推廣。

4 燈光系統

受演播室所在場地層高（高度3.5 m）的限制，本次

燈光系統的布光搭建在于尋求突破傳統的布

光方式。在設計之初，所有演播室區域將高度盡可

能提高的前提下，采用經典的環形布光法，按照燈具的

光斑、照度等指標，精準地校對各個燈具的定位，根據

燈具的定位與制景的融合，使燈具完美地隱藏于制景之

（上接第65頁）

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數字通信世界

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