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1、 西 安 邮 电 学 院 毕 业 设 计（论 文）题 目： 宽带RSS方位估计技术的研究 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照
2、学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学
3、位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格
4、不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级
5、前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日
6、教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论
7、文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日西 安 邮 电 学 院毕业设计(论文)任务书学生姓名指导教师职称讲师院(系) 通信与信息工程学院专业通信工程题目宽带RSS方位估计技术的研究 任务与要求1熟悉和掌握智能天线、阵列信号处理的基础知识2 熟悉掌握MATLAB编程语言3 研究基于RSS算法的宽带信号方位估计技术，并用软件进行相关仿真，分析其性能。开始日期2011年1月3日完成日期2011年6月10日院 长(签字)2011年1月
8、7日西 安 邮 电 学 院毕 业 设 计 (论文) 工 作 计 划 学生姓名_刘飞_指导教师_ 曾耀平 _职称 讲师 _院(系)_通信与信息工程学院_专业_通信工程_ 题目_ 宽带RSS方位估计技术的研究_ _ _工作进程起 止 时 间工 作 内 容1月3日至3月1日 调研并查找阵列信号处理方面的资料3月2日至3月15日 学习Matlab等编程语言，掌握基本的编程思路 3月16日至4月10日 熟悉和掌握本次毕业设计的理论知识，特别是要掌握宽带RSS算法的原理，为下一阶段的软件仿真做好准备 4月10日至5月15日 利用Matlab语言进行软件编程，对算法进行仿真验证5月16日至5月23日 撰写论
9、文，完成论文初稿。5月24日至5月31日 完善并修改毕业论文。6月1日至6月10日 准备答辩。主要参考书目(资料)1：阵列信号处理2：无线通信原理主要仪器设备及材料计算机及相关配套软件论文(设计)过程中教师的指导安排每周指导一次，主要解答学生问题，指导研究进度，并检查阅读资料笔记和仿真程序对计划的说明本计划为开题之初所定，后续会根据具体情况随时调整。最终一定按照规定结束日期完成毕业设计西安邮电学院毕业设计(论文)开题报告通信与信息工程学院 院（系） 通信工程 专业 07 级 04 班课题名称： 宽带RSS方位估计技术的研究 学生姓名： 刘飞 学号： 03071135指导教师： 曾耀平 报告日期
10、： 2011年2月28日 1本课题所涉及的问题及应用现状综述智能天线采用空分多址技术, 利用信号在传播方向上的差别，将同频率、同时隙的信号从空域区分开来。他可以成倍的扩展通信容量，并和其他复用技术相结合，最大限度的利用有限的频谱资源。为了给智能发射提供依据，在上行中需要估计反映用户空间位置信息的参量，如波达方向(DOA)、空域特征等，它们的估计精度将直接影响到下行选择性发送的性能。目前，完成智能化接收的方法主要有基于高分辨率阵列信号处理方法和基于信号时域结构方法两类。前一类方法又分为子空间方法和基于参数估计准则的方法两大类。后一类方法主要利用信号的时域信息和先验特征进行空域处理。DOA(波达方
11、向)估计的基本问题就是确定同时处于空间某一区域内多个感兴趣的信号的空间位置(DOA)。阵列接收数据的协方差矩阵经过特征值分解，可分为信号子空间和噪声子空间。利用信号子空间和噪声子空间性质的空间谱方法称为子空间类算法。子空间类算法都是针对窄带信号的假设提出的。子空间类算法又可分为两种:一种利用噪声子空间的噪声子空间类算法，代表为MUSIC算法;另一种是利用信号子空间的信号子空间类算法，代表为旋转不变技术(ESPRIT算法)。MUSIC算法的基本思想是将任意阵列输出数据的协方差矩阵进行特征分解，从而得到与信号分量相对应的信号子空间和与信号分量相正交的噪声子空间，然后利用了信号子空间和噪声子空间的正
12、交性，构造空间谱函数，通过谱峰搜索，检测辐射的DOA。ESPRIT算法是利用旋转不变子空间估计信号参数。ESPRIT算法估计信号参数时要求阵列的几何结构存在所谓的不变性.旋转不变子空间研究(ESPRIT)算法是空间谱估计中的典型算法，它利用接收数据协方差矩阵信号子空间的旋转不变特性。与MUSIC算法相比，ESPRIT算法的优点在于计算量小，不需要进行谱峰搜索。但在实际的应用中，宽带信号大量存在，随着通信技术的发展 ,调频信号、扩频信号等宽带信号应用也会越来越多,宽带信号处理的计算量要远远大于窄带信号信号处理的计算量，进一步发展宽带信号方向估计的理论和方法具有重要的现实意义。目前，宽带信号处理的
13、算法主要有两类:基于不相干信号的处理方法（ISM)和基于相干信号的处理方法（CSM)。非相干信号子空间方法（ISM)首先将宽带信号在频域分解为J个窄带分量，然后在每一个子带上直接进行窄带处理，即对每一个子带的谱密度矩阵进行特征分解，根据信号子空间和噪声子空间的正交性构造空间谱，对所有子带的空间谱进行平均，最后得到宽带信号空间谱估计。ISM方法不能解决相干源问题，而且通常情况，宽带信号x(t)的能量分布并不均匀，所以不同的窄带部分往往具有不同的信噪比 (SNR)，低信噪比的窄带部分可能对宽带DOA的估计产生很大的偏差。因此为了消除低信噪比部分对估计结果的影响，一般只利用L个信噪比相对比较高的窄带
14、部分来进行宽带信号DOA的估计。但是无论采取什么样的平均办法，信号子空间非相干处理没有充分利用信号的能量，如果在某一窄带部分存在较大的误差，将导致最终结果出现很大的偏差。为了提高估计性能，并且解决相干源问题，便有了相干信号子空间处理（CSM)。CSM类算法的基本思想就是通过聚焦矩阵将各频率点的数据变成同一频率点(参考频率)的数据，从而形成相关矩阵。其中的关键在于聚焦矩阵的选择，不同的选择对应不同的算法，总的思路就是找出各频率点某些特征与参考点的特征之间的关系。典型的CSM算法有：相干信号子空间（CSS)算法、双边相干变换（TCT)算法、旋转信号子空间（RSS)变换子空间算法、信号子空间变换（S
15、ST)算法、总体最小二乘（TLS)算法、波束空间（BS)变换等。我们研究的主要为RSS算法，通过软件仿真降低RSS的计算量，提高算法的稳健性，这也是RSS算法目前发展的趋势。2本课题需要重点研究的关键问题、解决的思路及实现预期目标的可行性分析本课题主要是研究宽带RSS方位估计技术, 而这个课题关键在于相干信号的处理方法（CSM），其主要思想就是通过聚焦矩阵把频带内不重叠的频率点上信号空间聚焦到参考频率点，聚焦后得到单一频率点的数据协方差，在应用窄带信号处理的方法进行DOA估计。CSM方法与ISM（基于不相干信号的处理方法）相比优点在于：预算量相对小,可实现对相干信号的处理，估计精度高。在RSS
16、算法中受限利用CBF算法估计信号的初始值，并选定频率参考点；其次利用初始值构造个频率点的阵列流型，计算个频率点的聚焦矩阵；利用一系列聚焦矩阵对阵列接收数据进行聚焦变换，得到单一频率点的数据协方差阵；利用常规的空间谱估计方法估计信号入射方向。运用Matlab语言编程通过软件对其相关进行仿真，对RSS算法进行验证，对算法进行优化，降低运算量，提高稳健性，并与CSS、TCT、SST、TLS等算法的性能、计算量、改善因子进行比较，比较其优劣。预期目标：1. 掌握智能天线和阵列信号处理方面的知识；2掌握MATLAB仿真软件以及基本的编程的基本思路；3掌握宽带聚焦矩阵算法中的RSS算法及其实现过程，并用软
17、件进行相关仿真，分析其性能。4. 培养独立开展研究的能力，掌握了科研的基础方法，能对宽带RSS方位估计技术的研究有一个科学的论证。3完成本课题的工作方案先查找有关本次课题的相关资料,如无线通信原理,空间普估计理论与算法等方面的书籍,学习Matlab编程语言,为软件仿真做好准备,设计宽带聚焦矩阵算法的RSS算法,并进行软件仿真,对照几种不同的算法进行性能比较,写毕业论文,准备答辩.具体安排如下: 起 止 时 间 工 作 内 容1月3日至3月1日 调研并查找阵列信号处理方面的资料3月2日至3月15日 学习Matlab等编程语言，掌握基本的编程思路 3月16日至4月10日 熟悉和掌握本次毕业设计的理
18、论知识，特别是要掌握宽带 RSS算法的原理，为下一阶段的软件仿真做好准备 4月10日至5月15日 利用Matlab语言进行软件编程，对算法进行仿真验证5月16日至5月23日 撰写论文，完成论文初稿。5月24日至5月31日 完善并修改毕业论文。6月1日至6月10日 准备答辩。4指导教师审阅意见论文对选题的发展背景、研究现状和发展趋势做了基本介绍；研究的基本内容以任务书为依据、研究的主要问题和方向明确；研究方法可行，其研究工作的步骤、进度安排合理，同意开题。指导教师(签字)：曾耀平 2011 年 03 月 04 日说明：本报告必须由承担毕业论文(设计)课题任务的学生在毕业论文(设计) 正式开始的第
19、1周周五之前独立撰写完成，并交指导教师审阅。西安邮电学院毕业设计 (论文)成绩评定表学生姓名刘飞性别男学号03071135专 业班 级通工0704班课题名称宽带RSS方位估计技术的研究课题类型实际应用难度一般毕业设计（论文）时间2011 年3 月15 日6 月18 日指导教师曾耀平(职称 讲师 )课题任务完成情况论文 (千字)； 设计、计算说明书 (千字)； 图纸 (张)；其它(含附件)：指导教师意见分项得分：开题调研论证 分； 课题质量（论文内容） 分； 创新 分；论文撰写（规范） 分； 学习态度 分； 外文翻译 分指导教师审阅成绩：指导教师(签字)： 2010年 月 日评阅教师意见分项得分
20、：选题 分； 开题调研论证 分； 课题质量（论文内容） 分； 创新 分；论文撰写（规范） 分； 外文翻译 分评阅成绩： 评阅教师(签字)： 2010 年 月 日验收小组意见分项得分：准备情况 分； 毕业设计（论文）质量 分； （操作）回答问题 分验收成绩：验收教师(组长)(签字)： 2010 年 月 日答辩小组意见分项得分：准备情况 分； 陈述情况 分； 回答问题 分； 仪表 分答辩成绩： 答辩小组组长(签字)： 2011 年 月 日成绩计算方法(填写本系实用比例)指导教师成绩 20 () 评阅成绩 30 () 验收成绩 30 () 答辩成绩 20 ()学生实得成绩(百分制)指导教师成绩 评阅
21、成绩 验收成绩 答辩成绩 总评 答辩委员会意见毕业论文(设计)总评成绩(等级)： 院(系)答辩委员会主任(签字)： 院(系) (签章) 2011 年 月 日备注目录摘 要IABSTRACTII引言11空间谱估计21.1空间谱估计的发展及现状21.2空间谱估计基础知识31.2.1空间谱估计基本原理31.2.2空时等效性41.3阵列处理的统计模型51.3.1窄带信号的延迟51.3.2连续时间信道模型61.3.3阵列信号处理的统计模型72MUSIC算法92.1MUSIC算法概述92.2MUSIC算法原理102.3MUSIC算法性能分析123空间平滑算法153.1空间平滑算法概述153.2空间平滑算法
22、原理153.2.1前向空间平滑算法153.2.2后向空间平滑173.2.3前后向空间平滑183.2.4修正MUSIC算法193.3空间平滑算法性能分析213.3.1前向空间平滑213.3.2前后向空间平滑213.3.3修正MUSIC算法23结论24致谢25参考文献26摘要DOA(波达方向)估计在雷达、声纳、卫星和移动通信系统有着广泛的应用，它的基本问题就是确定同时处于空间某一区域内多个感兴趣的信号的空间位置(DOA)，而根据信号类型的不同其处理方法也不同。宽带信号在实际中大量存在，计算量远比窄带大。目前宽带信号处理的算法主要有两类：基于不相干信号的处理方法（ISM)和基于相干信号的处理方法（C
23、SM)。非相干信号子空间方法（ISM)首先将宽带信号在频域分解为J个窄带分量，然后在每一个子带上直接进行窄带处理，即对每一个子带的谱密度矩阵进行特征分解，根据信号子空间和噪声子空间的正交性构造空间谱，对所有子带的空间谱进行平均，最后得到宽带信号空间谱估计。CSM类算法的基本思想就是通过聚焦矩阵将各频率点的数据变成同一频率点(参考频率)的数据，从而形成相关矩阵。其中的关键在于聚焦矩阵的选择，不同的选择对应不同的算法，总的思路就是找出各频率点某些特征与参考点的特征之间的关系。论文围绕CSM算法做了一些研究，在已有成果基础上提出改进方法，即RSS算法。ISM方法不能解决相干源问题，而RSS算法不仅提
24、高了估计性能，而且解决的相干源问题。关键词:宽带信号 波达方向(DOA)估计RSSABSTRACTDOA (DOA) estimates on the radar, sonar, satellite and mobile communication system, it has been widely used to determine the basic problem is also in space a certain area of interest of more than space position (DOA signal), And according to signal it
25、s treatment methods different types of different also. broadband signal in actual present in large amounts in than narrowband computation. At present the broadband signal processing algorithm basically has two kinds: based on irrelevant signal processing method (ISM) and based on coherent signal pro
26、cessing method (CSM). Incoherent signal subspace methods (ISM) will first broadband signal in frequency domain decomposition for J a narrowband components and in each is take directly narrowband for each process, namely the spectral density matrix with stature feature decomposition, according to sig
27、nal subspace and noise sub-space the orthogonality of tectonic space spectrum, all sub-band space spectrum, finally get an average broadband signals space spectrum estimation. The basic idea of CSM clustering algorithm is through each frequency focus matrix of data into the same frequencies (referen
28、ce frequency) data correlation matrix, and thus formed. The key lies in the choice, different focus matrix of choice for different algorithms, general idea is to find some characteristics and the frequency characteristic of the reference point between relationship.Paper around did some research CSM
29、algorithm based on the previous research, and put forward the improving methods, namely the RSS algorithm.ISM method cannot solve the problem, and RSS coherent sources estimate algorithm can not only improve the performance, and solve problems. Coherent sourceKeywords: Broadband signal DOA (DOA) est
30、imates RSS引言阵列信号处理是信号处理领域内的一个重要分支，其应用涉及雷达、通信、声呐、地震、勘探、射电天文以及生物医学工程等众多军事及国民经济领域。阵列信号处理是将多个传感器设置在空间的不同位置组成传感器阵列，并利用这一阵列对空间信号场进行接收和处理，以提取阵列所接收的信号及其特征信息，同时抑制干扰和噪声或不感兴趣的信号。与传统的单个定向传感器相比，阵列信号处理具有灵活的波束控制、高的信号增益、极强的抗干扰能力及高的空间超分辨能力等优点，因而受到了人们的极大关注，与此相关的研究工作不断发展与深入，其应用范围也不断扩大。同时随着微电子技术、数字信号处理技术、并行处理技术的迅猛发展，阵列
31、信号处理的理论和实际应用也得到迅速发展。空间谱估计作为阵列信号处理的一个重要研究方向，它是在自适应空域滤波的基础上发展起来的。其主要研究的问题是在处理带宽内空间信号到达方向（DOA：Direction of Arrival）的问题。空间谱估计侧重于研究空间多传感器阵列所构成的处理系统对感兴趣的空间信号的多种参数进行准确估计的能力，估计信号的空域参数或信源位置。其主要目标是研究提高处理带宽内空间信号(包括独立、部分相关和相干)角度的估计精度、角度分辨力和运算速度的各种算法。空间谱表示信号在空间各方向上的能量分布，因而得到信号的空间谱，就能得到信号的波达方向（Direction-of-arriva
32、l，DOA），空间谱估计常称为“DOA估计”。 本文利用矩阵奇异值分解的性质，对旋转信号子空间宽带测向算法中聚焦矩阵的计算方法进行修正，从而给出了一种简便的聚焦矩阵计算方法一RSS算法，该算法可以大大减小运算量，与传统的DOA估计算法相比，RSS算法在方向估计精度、分辨率和相干测向性能等方面都获得了较大提高。 1空间谱估计1.1空间谱估计的发展及现状阵列信号处理是空域信号分析和处理的一种重要手段，广泛应用于雷达、声纳、通信、地震勘探和医学成像等多个领域。波达方向估计（DOA）作为阵列信号处理的一个重要内容，主要是通过观测的阵列数据提取同时处于空间某一区域多个信号的空间位置及方位信息。在传统的阵
33、列信号处理系统中，主要是对窄带信号进行处理，目前窄带阵列探测系统已广泛应用于军事和民用领域。但是随着空间电磁环境日趋复杂化，信号形式逐渐多样化，信号密度日渐增大，信号频率分布范围也不断拓宽，使信号在空域和频域上分布范围和密度大大增加，窄带阵列探测系统的缺点也逐渐显示出来。鉴于宽带信号具有携带的信息量大，混响背景相关性弱，有利于目标检测，参量估计和目标特征提取等特点，因此采用宽带信号形式成为解决上述问题的有效途径。就波达方向（DOA）估计技术的发展而言，目前对于窄带信号的处理算法已经相当成熟，但对宽带信号的处理却仍存在许多不足。随着通信技术的发展，跳频信号、扩频信号、线性调频信号等宽带信号在通信
34、系统中的应用越来越普遍；在自然界中许多信号号本质上就属于宽带信号，如声音信号、地震波等；军用雷达用来提取目标信息的雷达信号等等。因此，对宽带信号的测向研究就成为了炙手可热的话题。对宽带信号波达方向估计算法的改进也必将改善其在现有应用中的性能，促进其不断的发展。从20世纪70年代末开始，在空间谱估计方面涌现了大量的研究成果和文献，其中以多重信号分类（MUSIC）算法最为突出，它实现了向现代超分辨测向技术的飞跃，MUSIC算法的提出也促进了特征子空间类算法的兴起。这类算法的一个共同特点就是通过对阵列接收数据的数学分解（如特征分解、奇异值分解及QR分解等），将接收数据划分为两个相互正交的子空间：一个
35、是与信号源的阵列流空间一致的信号子空间，另一个是与信号子空间正交的噪声子空间。子空间分解类算法就是利用两个子空间的正交特性构造出“针状”空间谱峰，从而大大提高算法的分辨力。子空间分解类算法从处理方式上可分为两类：一类是以MUSIC为代表的一类噪声子空间类算法，另一类是以旋转不变子空间（ESPRIT）为代表的信号子空间算法。这些算法还在被进一步的发展和改进。阵列信号处理理论应用十分广泛，涉及到雷达、声纳、通信、射电天文以及医疗诊断等多种领域，是信号处理领域中的一个重要部分。阵列信号处理是指将多个传感器放置在空-间的不同位置而组成的传感器阵列，用传感器阵列来接收空间信号并对接收的信号进行处理。阵列
36、信号处理的目的是增强期望信号，抑制没有用的干扰和噪声，并提取期望信号的特征及包含的信息。与传统的单个传感器相比，传感器阵列具有灵活的波束控制、较高的信号增益、极强的干扰抑制以及较高的空间分辨力等优点。所以近十几年来，阵列信号处理理论得到了飞速的发展，涌现出一大批性能优良的算法。阵列信号处理的目的是进行空域滤波，通过滤除不希望的干扰和噪声，同时增强期望信号的功率来达到提高系统输出信噪比的目的。所以阵列信号处理中关键的技术之一是波束形成技术。将天线阵列的方向图通过一定的加权，使得在期望信号方向的增益恒定，而系统总的输出功率最小，从而完成空域滤波的目的。自适应波束形成算法可以根据信号环境的变化，来自
37、适应调整各阵元的加权因子，达到增强信号同时抑制干扰的目的。而对于阵列信号处理中另一个关键技术是对波达方向的估计算法研究。阵列信号处理最主要的两个研究方向是自适应空域滤波（自适应阵列处理）和空间谱估计。自适应阵列处理技术的产生要早于空间谱估计，而且得到了广泛应用。尽管空间谱估计在近30年才发展起来，但其发展速度去十分迅速，以成为阵列信号处理学科发展的主要方面。与自适应阵列技术不同，空间谱估计侧重于研究空间多传感器阵列所构成的处理系统对感兴趣的空间信号的多种参数进行准确估计的能力，其主要目的是估计信号的空域参数或信源位置，这也是雷达、通信、声纳等许多领域的重要任务之一。空间谱估计技术可以大大改善在
38、系统处理带宽内空间信号的角度估计精度、角度分辨力及其他相关参数精度，因而其应用前景十分广泛。空间谱是阵列信号处理中的一个重要概念，表示信号在空间各个方向上的能量分布，因此，如果能得到信号的空间谱，就能得到信号的波达方向（direction-of-arrival, DOA）,所以，空间谱估计也成为“DOA估计”。1.2空间谱估计基础知识1.2.1空间谱估计基本原理对于一般的远场信号而言，同一信号到达不同的阵元存在一个波程差，这个波程差导致了各接收阵元间的相位差，利用各阵元间的相位差可估计出信号的方位，这就是空间谱估计的基本原理。如图1-1所示，考虑两个阵元，为阵元间距，为光速，为远场信号的入射角
39、度，为阵元间的相位延迟。则天线所接收信号由于波程差 (1-1)从而可得两阵元间的相位差为 (1-2)其中，是中心频率。对于窄带信号，相位差 (1-3) 图1-1DOA估计原理其中，为信号波长。因此只要知道信号的相位延迟，就可以根据式(1-1)求出信号的来向，这就是空间谱估计技术的基本原理。更一般的情况下，对于空间任意两个阵元而言，两阵元接收的波程差即 (1-4)从上式可知，只要知道空间阵元间的相位差，就可以估计入射信号的方位角、俯仰角，等信号参数。1.2.2空时等效性对于空间阵列中按位置放置的一系列阵元，在窄带远场信号的假设下，任两阵元接收信号的时间差为 (1-5)式中，表示阵元间距为半波长，为阵元间距。而时域处理中各采样点之间的时间差即为采样间隔 (1-6)式中，为采样频率。由以上两式可以清楚地知道空时信号处理之间的区别，即空域处理的时间差与角度有关（阵元的位置相当于对空间的采样），而时域处理中的时间差则是一个常数（时间差
