近場寬帶波束形成算法研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代信號處理技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，作為其中的重要組成部分的陣列信號處理技術(shù)在該領(lǐng)域的地位也愈加凸顯。在此之中，自適應(yīng)波束形成技術(shù)憑借其優(yōu)良的性能被廣泛的應(yīng)用于雷達(dá)、天文、地震預(yù)報以及醫(yī)療診斷等領(lǐng)域，眾多的應(yīng)用需求使其成了陣列信號處理研究者們關(guān)注的熱點。目前研究的自適應(yīng)波束形成大多是針對遠(yuǎn)場環(huán)境下的窄帶信號進(jìn)行處理，但是隨著信號處理技術(shù)的不斷進(jìn)步，寬帶信號憑借其諸多優(yōu)越性已經(jīng)被越來越普遍的應(yīng)用。與此同時，麥克風(fēng)陣列、車載音響、核磁共振等眾多

2、近場環(huán)境下的需求也不斷出現(xiàn)。因此針對近場環(huán)境下的寬帶波束形成算法的研究具有及其重要的意義。本文針對近場環(huán)境下的寬帶信號波束形成算法進(jìn)行研究，并且對算法在圓陣內(nèi)部全部區(qū)域的輸出性能和噪聲抑制問題展開了深入探討。
　　本文的主要工作如下：首先，介紹了圓形陣列內(nèi)部近場寬帶信號波束形成問題，并針對該問題應(yīng)用了網(wǎng)格點劃分和逐點掃描的處理方法。通過對波動方程求解得到近場陣列響應(yīng)并結(jié)合時域?qū)拵盘柼幚矸椒ㄍ茖?dǎo)了本文陣列模型的響應(yīng)矩陣。其次，通過

3、空間響應(yīng)偏差（SRV）的概念對寬帶波束形成頻率不變性進(jìn)行詮釋，并基于此給出了兩種分別采用凸優(yōu)化和最小二乘法（LS）的寬帶波束形成方法，仿真結(jié)果表明兩種算法都具有較好的旁瓣性能和頻率不變性，但是凸優(yōu)化方法會導(dǎo)致期望信號增益損失。再次，對基于SRV約束的LS算法的圓形陣列內(nèi)部波束形成性能進(jìn)行了驗證，并提出了一種基于迭代變加權(quán)的改進(jìn)算法有效的克服了其在個別來波方向無法有效實現(xiàn)波束形成要求的問題。而后，針對近場寬帶信號波束形成中的噪聲抑制問題進(jìn)

4、行了探討，提出了一種結(jié)合了SRV約束的LCMV寬帶算法，討論了SRV約束的施加范圍對最終波束輸出產(chǎn)生的影響，并且采用了權(quán)矢量正交分解的方法來提高波束形成的旁瓣和噪聲性能，通過推導(dǎo)得到了其最優(yōu)解。仿真結(jié)果證明了提出的算法具有較小的空間響應(yīng)偏差，旁瓣抑制性能也較好，但是由于需要兼顧空間響應(yīng)偏差所以相比于常規(guī)算法的噪聲輸出性能有所退化。仿真也證明了新算法在低采樣快拍數(shù)時的SNR輸出能更快的收斂到穩(wěn)定值，并且在高輸入信噪比的條件下能夠得到同常規(guī)