相干干扰条件下的自适应阵列信号处理研究

专题

IGITCW

技术

Special Technology

相干干扰条件下的自适应阵列信号处理研究

黄一波，张 娅

（宜宾职业技术学院，四川 宜宾 644003）

摘要：自适应阵列广泛应用于雷达、声纳及通信等领域。在雷达实际工作环境中，遇到相干干扰时，自适应阵列性能

会急剧下降。空间平滑技术是一种常用的处理相干源的预处理方法，利用空间平滑技术，文章介绍一种结合自适应理论和

空间平滑技术的自适应阵列信号处理方法，经过理论和仿真分析，这种方法对相干干扰有着很强的抑制作用。

关键词：雷达；自适应阵列；空间平滑；相干干扰

doi：10.3969/.1672-7274.2020.12.025

中图分类号：TN957.51 文献标示码：A 文章编码：1672-7274（2020）12-0064-03

0 引言

自适应阵列又称为自适应天线，智能天线，空域自

适应滤波器，自适应波束形成。自适应波束形成技术应

用广泛，诸如通信、声纳、雷达等方面都被采用。雷达

中最常见的空域抗干扰措施就是采用自适应阵列即空域

滤波的手段来抑制干扰信号。空间平滑技术是一种常用

的处理相干源的预处理方法，由Evans等人首先提出，

并经过不断改进，平滑后的相关矩阵可以较好地用于相

干源波达方向估计。利用处理相干源的空间平滑技术，

本文介绍一种结合自适应理论和空间平滑技术的自适应

信号处理方法，经过理论和仿真分析，这种技术对相干

干扰有着很强的抑制作用。

（6）

求解上述问题，可以得到最佳权向量：

；其中。

2 空间平滑技术

当干扰信号与期望信号相干时，由于相干信号间相

位保持不变，在某一特定阵元上，线性约束最小方差波

束形成器会将二者当作一个来波，形成波束时会导致期

望信号被对消掉。

干扰信号与期望信号相干会使阵列输入相关矩阵

R

xx

亏秩，空间平滑的目的就是使恢复满秩，从而达到

R

xx

解相干的目的。如下图所示，前向空间平滑将阵元数为

Mpm

的阵列分成个长为的相互重叠的子阵，子阵阵元

数和子阵个数满足-1。

M=p+m

1 窄带自适应阵列的信号模型

在这一节中我们假设阵列排列方式为一维均匀线

阵，阵元数设为，信号个数设为，其阵列输入矢量

MN

XASN

=+可以写为：（1）

其中：

信号矢量：

阵列对信号的操纵矩阵：

（2）

（3）

（4）

阵元噪声向量： （5）

设各阵元上的噪声为独立同分布高斯白噪声。

是第个信号的操纵矢量，有，

i

其中

，为阵元间距，为电磁波波长。

dλ

阵列输入相关矩阵

。波束形成输出信号表示为，其中权值矢量为

。当期望信号的DOA（）已知时，对

θ

于线性约束最小方差算法就是要选择一个权，使得阵列

输出功率最小，同时满足期望信号方向的增益为常数的

约束条件，即：

图1 前向空间平滑算法示意图

第个子阵收到的输入矢量为：

n

那么该子阵的输入相关矩阵为：

其中，是一个×的参考子阵的导向矢量矩

AmN

m

阵（通常取第一个子阵）。

，

，，

R

SSm

为信号的协方差矩阵，为×单位阵。

Imm

然后取所有子阵列的协方差的平均值得前向空间平

作者简介：黄一波（1981-） ，男，汉族，重庆人，高级工程师，硕士，研究方向为物联网，通信工程。

张 娅（1980-），女，汉族，重庆人，副教授，硕士，研究方向为软件工程、大数据。

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DIGITCW

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滑的协方差矩阵，即：

其中。

命题：

。

证明：，

∴为满秩的范德蒙矩阵；

A

m

定理：若子阵阵元数，，则当

时。

证明：

∴可用一矢量表示为，其中

R

SS

∴将它代入得

式中

，范德蒙矩阵

显然

∵假设有个信号源，表征第个源

Nk

幅度不为零

由上可知前向空间平滑数据协方差矩阵是满秩的，

即协方差矩阵的秩得到有效恢复，在线性约束最小方差

算法中将替代便可以达到解相干的目的。

R

xx

图2 后向空间平滑算法示意图

前面介绍的前向空间平滑算法解决了相干信号的处

理问题，但与前后向空间平滑技术相比，牺牲牺牲阵元

太多，下面进一步介绍前后向空间平滑技术，尽量增大

天线口径。

如按上图划分子阵，即采用后向空间平滑的方

法划分子阵，则第个子阵收到的输入共轭矢量为：

i

Special Technology

专题技术

DCW

比较前向空间平滑和后向空间平滑的输入矢量，可

以得到前向空间平滑中第个子阵与后向空间平滑中第

k

个子阵之间存在如下关系：

其中*表示求共轭，为维的交换矩阵。

Jm

由此类比前向空间平滑的协方差矩阵的定义，对前

向空间平滑协方差矩阵的适当变换，便可以得到后向空

间平滑协方差矩阵，从而省去了后向空间平滑协方差矩

阵的计算。后向空间平滑协方差矩阵为：

定义前后向空间平滑协方差矩阵为：

由此得到的最优自适应权为：

其中。

采用前后向空间平滑技术可以增加子阵的数目，结

果是天线的孔径增大了，且对相干信号源具有去相关能

力，是一种比较理想的改进方法。

3 仿真实验

下面作性能仿真说明。在性能仿真中，阵列信号相

关矩阵是用有限次快拍数据来估计得到。取=30等距

N

线阵，阵间距=1/2，期望信号源在0°方向，一个非

dλ

相干干扰信号源在-20°方向，一个相干干扰信号源在

20°方向。信噪比为30dB，信干比均为-5dB，快拍数

为1024，子阵长度取为m=15。

图3 图4

从上面仿真结果可以看出，当期望信号遭到干扰时，

常规的线性约束最小方差波束形成能有效的抑制非相干

干扰，但无法抑制相干干扰，通过前后向空间平滑预处

理后，再用线性约束最小方差波束形成则既能有效抑制

非相干干扰又能有效抑制相干干扰。空间平滑的代价是，

由于将接收阵列分成多个子阵，所以减小了阵元数和阵

面孔径。

4 结束语

本文讨论了一种利用前后向空间平滑技术预处理后

的自适应阵列信号处理来对相干干扰进行抑制的新技

术。计算机仿真结果证明，该方法是一种有效的相干干

扰抑制技术，同时也能抑制非相干干扰。性能仿真验证

了该方法的优越性能。

（下转第57页）

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数字通信世界

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Radio Wave Guard

电波卫士

差为10 km，窄带采集15次的平均定位误差为23.4 km。从实测数据分析可知，相比于窄带采集模式，基于

窄带采集比宽带采集的平均定位误差要高出13.4 km。宽带采集的卫星干扰源定位系统，由于能有效消除参考

当采集时间为5 s时，宽带采集15次的平均定位误源不同步采集带来的近似误差及变频器晶振稳定度误

差为12.2 km，窄带采集15次的平均定位误差为30.7 km。差，能明显改善定位系统定位精度，宽带采集模式优于

窄带采集比宽带采集的平均定位误差要高出18.5 km。窄带采集模式。

DCW

参考文献

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图6 采集时间为2.5s定位精度结果 图7 采集时间为5s定位精度结果

[3] XIA Chang-xiong， YE Shang-fu， WANG Jun-hui. Ephemeris Determination

in Satellite Interference Location System[J]. Journal of Astronautics ，2008 ，

29（3）： 860-863.

5 结束语

（上接第54页）

师、音响设计和建筑声学专家共同配合，

否则将严重影响节目的录音效果。在声学装修上，对于

面层装饰材料应以环保、防火、易于清洁等为选材原则，

不建议选用高档、华丽的面层材料。实际上，大多数演

播厅在实际使用时，内部声学装修材料大多被舞台布景、

观众等所遮挡。同时，演播厅预留一部分可以灵活设置、

安装的吸声帘幕或可灵活安装的宽频吸声构造。当舞台

声学环境较差时，为录音师尽可能多的提供一些吸声材

料，方便节目的拾音布置。

中，大幅提高摄像机景深效果，也为摄像机摇臂、轨道

的操作留出足够空间。

灯具光源采用节能、环保的LED灯具，所有灯具要

求运行稳定性良好，具备色温偏差小、显色性好的特点，

对灯光的整体技术指标，灯具显色性大于90，色温为5，

600 K，景区整体照度不低于1，200LX。

5 结束语

佛山电视台南海分台融媒体中心自2020年8月正式

启用以来，将新媒体采编、调度、发布等功能组团有机

融合，将原来分散独立的信息集成在一个系统上，联动

台内技术、行政支撑部门，协同事件处置，实现数据的

互联互通、信息共享，提高数据利用率，支持和保障导

向正确和高效生产。凭借系统的科学性、合理性、先进性、

可靠性、实用性、拓展性，发挥了“中央厨房”的优势，

盘活了各类资源，对域内资源进行了优化配置、统筹使

用、发挥效能，可作为稳定的解决方案在各区县推广。

4 灯光系统

受演播室所在场地层高（高度3.5 m）的限制，本次

灯光系统的布光搭建在于寻求突破传统的布

光方式。在设计之初，所有演播室区域将高度尽可

能提高的前提下，采用经典的环形布光法，按照灯具的

光斑、照度等指标，精准地校对各个灯具的定位，根据

灯具的定位与制景的融合，使灯具完美地隐藏于制景之

（上接第65页）

[5] P.Stoica and ，“Introduction to Spectral Analysis，”Englewood

Cliffs， NJ：Prentice-Hall，1997.

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2020.12

数字通信世界

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