【正文】 的干擾和噪聲，并提取期望信號的特征及包含的信息。對寬帶信號波達方向估計算法的改進也必將改善其在現(xiàn)有應用中的性能，促進其不斷的發(fā)展。 IV 1 空間譜估計 空間譜估計的發(fā)展及現(xiàn)狀 陣列信號處理是空域信號分析和處理的一種重要手段，廣泛應用于雷達、聲納、通信、地震勘探和醫(yī)學成像等多個領域。與傳統(tǒng)的單個定向傳感 器相比，陣列信號處理具有靈活的波束控制、高的信號增益、極強的抗干擾能力及高的空間超分辨能力等優(yōu)點，因而受到了人們的極大關注，與此相關的研究工作不斷發(fā)展與深入，其應用范圍也不斷擴大。目前寬帶信號處理的算法主要有兩類：基于不相干信號的處理方法（ ISM)和基于相干信號的處理方法（ CSM)。 4. 培養(yǎng)獨立開展研究的能力，掌握了科研的基礎方法，能對寬帶 RSS 方位估 計技術的研究有一個科學的論證。其中的關鍵在于聚焦矩陣的選擇，不同的選擇對應不同的算法，總 的思路就是找出各頻率點某些特征與參考點的特征之間的關系。 但在實際的應用中，寬帶信號大量存在，隨著通信技術的發(fā)展 ,調頻信號、擴頻信號等寬帶信號應用也會越來越多 ,寬帶信號處理的計算量要遠遠大于窄帶信號信號處理的計算量，進一步發(fā)展寬帶信號方向估計的理論和方法具有重要的現(xiàn)實意義。利用信 號子空間和噪聲子空間性質的空間譜方法稱為子空間類算法。最終一定按照規(guī)定結束日期完成畢業(yè)設計 主要參考書目 (資料 ) 主要儀器設備及材料 論文 (設計 )過程中教師的指導安排 每周指導一次，主要解答學生問題，指導研究進度，并檢查閱讀資料筆記和仿真程序 對計劃的 說明 西安郵電學院 畢業(yè)設計 (論文 )開題報告 通信與信息工程學院 院（系） 通信工程 專業(yè) 07 級 04 班 課題名稱： 寬帶 RSS 方位估計技術的研究 學生姓名： 劉飛 學號： 03071135 指導教師： 曾耀平 報告日期： 20xx 年 2 月 28 日 1． 本課題所涉及的問題及應用現(xiàn)狀綜述 智能天線采用空分多址技術 , 利用信號在傳播方向上的差別，將同頻率、同時隙的信號從空域區(qū)分開來。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學位論文版權使用授權書 本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 西 安 郵 電 學 院 畢 業(yè) 設 計（論 文） 題 目： 寬帶 RSS 方位估計技術的研究 畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。起 止 時 間 工 作 內 容 1：陣列信號處理 2：無線通信原理 計算機及相關配套軟件 本計劃為開題之初所定，后續(xù)會根據具體情況隨時調整。陣列接收數據的協(xié)方差矩陣經過特征值分解，可分為信號子空間和噪聲子空間。與 MUSIC 算法相比， ESPRIT 算法的優(yōu)點在于計算量小，不需要進行譜峰搜索。 CSM 類算法的基本思想就是通過聚焦矩陣將各頻率點的數據變成同一頻率點 (參考頻率 )的數據，從而形成相關矩陣。 預期目標： 1. 掌握智能天線和陣列信號處理方面的知識； 2．掌握 MATLAB 仿真軟件以及基本的編程的基本思路； 3．掌握寬帶聚焦矩陣算法中的 RSS算法及其實現(xiàn)過程，并用軟件進行相關仿真，分析其性能。寬帶信號在實際中大量存在，計算量遠比窄帶大。陣列信號處理是將多個傳感器設置在空間的不同位置組成傳感器陣列，并利用這一陣列對空間信號場進行接收和處理，以提取陣列所接收的信號及其特征信息，同時抑制干擾和噪聲或不感興趣的信號。 本文利用矩陣奇異值分解的性質，對旋轉信號子空間寬帶測向算法中聚焦矩陣的計算方法進行修正，從而給出了一種簡便的聚焦矩陣計算方法一 RSS 算法，該算法可以大大減小運算量，與傳統(tǒng)的 DOA 估計算法相比， RSS 算法在方向估計精度、分辨率和相干測向性能等方面都獲得了較大提高。因此，對寬帶信號的測向研究就成為了炙手可熱的話題。陣列信號處理是指將多個傳感器放置在空 間的不同位置而組成的傳感器陣列，用傳感器陣列來接收空間信號并對接收的信號進行處理。而對于陣列信號處理中另一個關鍵技術是對波達方向的估計算法研究。如圖 11 所示，考慮兩個陣元， d 為 陣元間距， c 為光速， ? 為遠場信號的入射角度， ? 為陣元間的相位延遲。另外，需要注意的是，對于固定的角度， t? 是一個常量，相當于時間為 ?sink f s 的采樣，只不過采樣數目等于陣元數。實值信號 ??st 延遲時間 ? 后，有 22( ) ( ) ( ) ccdef j f j f tes t s t R z t e e? ? ?? ?? ???? ? ???? (18) 因此，延遲信號 ()st? 的復包絡變成 2( ) ( ) cjfz t z t e ??? ? ??? 。與參考位置相距 ? 個波 長的陣元接收到的信號將再被延遲 ? 。 陣列向量的二階統(tǒng)計量用其外積德統(tǒng)計平均值表示，稱之為陣列協(xié)方差矩陣，定義為 ? ?)()( ksksAER H? (116) 將式 (114)代入上式，考慮到 ??sk 與 ??nk是統(tǒng)計獨立的，于是可得 ? ? ? ? 2( ) ( ) ( ) ( )H H H HR A E s k s k A E n k n k A P A I?? ? ? ? (117) 式中， ? ?( ) ( )HP E s k s k? 是信源部分的協(xié)方差矩陣；由于個陣元的噪聲不相關，且強度相等，鼓起協(xié)方差矩陣為 ? ? 2( ) ( )HE s k s k I?? XI 容易驗證，陣列協(xié)方差矩陣滿足 HRR? .這說明，陣列協(xié)方差矩陣屬于Hermitian 矩陣，它的特征值為正值。 MUSIC 算法利用了信號子空間和噪聲子空間的正交性，構造空間譜函數，通過譜峰搜索，檢測信號的 DOA。還可以用于高密度信號環(huán)境下的無線測向 :如果噪聲子空間大于信號子空間， MUSIC 算法有更好的性能。 在理想條件下數據空間中的信號子空間與噪聲子空間是相互正交的，即信號子空間中的導向矢量也與噪聲子空間正交 ? ? 0H NU?? ? (211) 經典的 MUSIC 算法正式基于上述這個性質提出的，但考慮到實際接收數據矩陣是有限長的，即數據協(xié)方差矩陣的最大似然估計為 XV 39。a r g m i n HHM U S I C N NUU?? ? ? ? ?? (213) 所以， MUSIC 算法的譜估計公式為 ? ? ? ?39。 結果如圖 24,這兩個角度不能很好的分辨出來。 MUSIC 算法性能分析 MUSIC 算法的在各種情況下的性能比較分析： （ 1）非相干信號源，取兩個信號 0 和 20 度，信噪比是 5dB,快拍數是 800點，陣元數為 8 個，結果如圖 21, 1260 00 , 70 00f H z f H z??這兩個角度能很好的分辨出來。由于噪聲的存在， ????與 39。 Music 算法首先對陣列協(xié)方差矩陣進行特征分解，然后根據提供的信源數目確定噪聲子空間，利用信號子空間和噪聲子空間的正交性在方向域內搜索來確定波達方向。 MUSIC 算法是空間譜估計發(fā)展史上具有里程碑意義的算法，它實際上己經成為空間譜估計方法和理論的重要基石。它是將時域信號譜估計向空域拓展而來的，采用非線性參數化方法，可以突破瑞利限的限制，故稱為 “超分辨 ”技術。 X 陣列信號處理的統(tǒng)計模型 仍以平面空間的等距線陣為例，設陣元數為 M，陣元間距為 d，共有 P 信源，其中 MP。 連續(xù)時間信道模型 IX 圖 12 智能天線結構圖 考慮圖 12 所示的等距線陣，它由 M 個等間距的陣元組成。實窄帶信號通常用它們的等效低通信號表示。更一般的情況下，對于空間任意兩個陣元而言，兩陣元接收的波程差即 ? ?1 c o s c o s s in c o s s inx y zc? ? ? ? ? ?? ? ? (14) 從上式可知，只要知道空間陣元間的相位差，就可以估計入射信號的方位角、td入射信號 VII 俯仰角，等信號參數。與自適應陣列技術不同，空間譜估計側重于研究空間多傳感器陣列所構成的處理系統(tǒng)對感興趣的空間信號的多種參數進行準確估計的能力，其主要目的是估計信號的空域參數或信源位置，這也是雷達、通信、聲納等許多領域的重要任務之一。 陣列信號處理的目的 是進行空域濾波，通過濾除不希望的干擾和噪聲，同時增強期望信號的功率來達到提高系統(tǒng)輸出信噪比的目的。子空間分解類算法就是利用兩個子空間的正交特性構造出 “針狀 ”空間譜峰，從而大大提高算法的分辨力。但是隨著空間電磁環(huán)境日趨復雜化，信號形式逐漸多樣化，信號密度日漸增大，信號頻率分布范圍也不斷拓寬，使信號在空域和頻域上分布范圍和密度大大增加，窄帶陣列探測系統(tǒng)的缺點也逐漸顯示出來。其主要研究的問題是在處理帶寬內空間信號到達方向（ DOA： Direction of Arrival）的問題。其中的關鍵在于聚焦矩陣的選擇，不同的選擇對應不同的算法，總的思路就是找出各頻率點某些特征與參考點的特征之間的關系。 6 月 1 日至 6 月 10 日 準備答辯。 2．本課題需要重點研究的關鍵問題、解決的思路及實現(xiàn)預期目標的可行性分析 本課題主要是研究寬帶 RSS 方位估計技術 , 而這個課題關鍵在于 相干信號的處理方法（ CSM），其主要思想就是通過聚焦矩陣把頻帶內不重疊的頻率點上信號空間聚焦到參考頻率點，聚焦后得到單一頻率點的數據協(xié)方差，在應用窄帶信號處理的方法進行 DOA 估計。 ISM 方法不能解決相干源問題，而且通常情況，寬帶信號 x(t)的能量分布并不均勻，所以不同的窄帶部分往往具有不同的信噪比 (SNR)，低信噪比的窄帶部分可能對寬帶 DOA 的估計產生很大的偏差。另一種是利用信號子空間的信號子空間類算法，代表為旋轉不變技術 (ESPRIT 算法 )。 目前，完成智能化接收的方法主要有基于高分辨率陣列信號處理方法和基于信號時域結構方法兩類。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導 師簽名： 日期： 年 月 日 指導教師評閱書 指導教師評價： 一、撰寫（設計）過程 學生在論文（設計）過程中的治學態(tài)度、工作精神 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學生掌握專業(yè)知識、技能的扎實程度 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學生綜合運用所學知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 研 究方法的科學性；技術線路的可行性；設計方案的合理性 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 完成畢業(yè)論文（設計）期間的出勤情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設計）質量 論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、論文（設計）水平 論文（設計