2.1 阵列处理模型
自适应阵列处理要利用阵列信号模型,理想的信号模型与实际有一定的偏差,但在仿真过程中,可以进行一定的理想化假设,来观察算法的有效性。
理想情况下,通常做以下假设【13】:
1. 窄带假设:忽略不同阵元接收信号时的延时,阵元接收信号的包络不发生变化;
2. 信号统计特性:接收的信号平稳,且各态历经,用时间平均代替统计平均;噪声假设为高斯白噪声,方差为σ2;
3. 忽略阵元间的互耦效应;
4.接收的信号数要小于阵元数,且各信号间彼此独立、不相关;
5. 平面波假设:信源到阵面距离远大于天线阵口径,接收信号近似平面波。
常用的自适应干扰阵列有均匀线阵、二文的方阵和均匀圆阵等,运用到共形技术还有更复杂的半球、锥台共形阵列。
假设存在P个信号源、阵列有M个全向天线阵元,在前面理想假设条件下,以第一个阵元为参考元,那么到达参考元的第i个信号为:
(2.1)
其中, 为信号的复包络, 为空间信号的载波。基于窄带假设,经过τ的传输延时后,可表示为:
(2.2)
第m个阵元的延时设为 ,对应的空间相位差为:
(2.3)
表示第m个阵元处接受的噪声。整个阵列接收信号表示为:
为信号i的导向矢量,A= 为接收的噪声矩阵。
2.1.1 均匀线阵模型
下面均以单信号源入射阵面的情况来分析不同阵列模型的接收特点。如图2.1为一文均匀线阵模型,假设阵元间距为d,信号方向与阵列法向夹角为 :
图2.1 均匀线阵的接收模型
相邻阵元接收信号的空间相位差为:
(2.5)
以1号阵元为参考元,则阵列对应的导向矢量为:
(2.6)
2.1.2 任意二文阵列模型
图2.2 任意阵列接收模型
假设第m阵元的空间坐标为 ,信号来波方向 ,其中前者为俯仰角,后者为方位角。 为信号源到参考点的距离, 为信号源到第m阵元的距离,图2.2中 即第m阵元相对参考元的距离。
该阵元相对参考元接收时延:
,m=0,1,…,M-1 (2.7)
空间相位差:
, m=0,1,…,M-1 (2.8)
则任意结构阵列的导向矢量为:
(2.9)
通常以第一阵元为参考,将导向矢量进行归一化。
1) 均匀矩形阵列
对于一个M N的矩形阵列,假设其二文方向上的阵元间距分别为: 和 。
第m n阵元相对参考元空间相位差: (2.10)
对应的导向矢量为:
图2.3 均匀矩形阵列模型
2) 均匀圆阵
如图2.4是一个M 均匀排布的圆形阵列,半径为R,以坐标原点为参考,将第m阵元表示为:
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