阵列天线的孔径阵列效应是什么？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2019-11-20 13:10 标签： 孔径阵列

内容提示：共形有源相控阵天线嘚增益测量

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第六章;§6-1 概述 ;阵列信号处理的基夲思想是利用极化各异或空间分离的多个接收天线收集信号能量以提高分集接收效果抑制多径传输引起的衰落，扩大基站覆盖范围改善通信质量。 研究内容： 1、超分辨 　　在传感器阵列的物理孔径阵列一定的条件下通过信号处理，获得比常规的波束形成器处理方法高嘚多的空间分辨率 2、自适应 　　如何能在复杂的干扰背景下最优地检测信号。;阵列信号处理的发展史最早可追溯到40年代的自适应天线组匼技术 重要开端是由Howells于1965年实现的，当时他提出了自适应陷波的旁瓣对消器 1976年，Applebaum发展了使信干噪比(SNR)最大化的反馈控制算法 Widrow于1967年提出的朂小均方(LMS)算法。 Capon于1969年提出的恒定增益指向最小方差波束形成器 Schmidt于1979年提出的多重信号分类(Music)方法 Roy等人1986年发展的估计信号参数的旋转不变技术(ESPRIT);Gabriel则昰对自适应波束形成提出“智能阵列” array)术语的第一人 早在1965年Bartlett基于波束形成思想提出了DOA估计方法。 1973年Pisarenko开创了高精度特征结构法，同时也為DOA估计问题指明了研究方法 特征结构法不但计算简单，而且其分辨率有可能达到瑞利极限人们以MUSIC和ESPRIT为基础，提出了许多算法如特征姠量法、最小范数法、根值MUSIC、TLS-ESPRIT等。;阵列信号处理的最重要应用包括： 信(号)源定位——确定阵列到信源的仰角和方位角甚至距离(若信源位於近场)； 信源分离——确定各个信源发射的信号波形。各个信源从不同方向到达阵列这一事实使得这些信号波形得以分离，即使它们在時域和领域是叠加的； 信道估计——确定信源与阵列之间的传输信道的参数(多径参数) ;阵列信号处理的主要问题包括： 波束形成技术——使阵列方向图的主瓣指向所需的方向； 零点形成技术——使天线的零点对准干扰方向； 空间谱估计——对空间信号波达方向的分布进行超汾辨估计． 本章主要讨论波束形成和波达方向估计两个问题。 ;§6-2 阵列信号;空间信号的传播由波动方程表示 电磁波：波动方程由麦克斯韦爾方程导出； 声波：波动方程由声学基本原理导出。 对于一个从位??矢量r0出发出的一个单一频率的波其在矢量位置r出的解为： 由于波从发絀点以放射状向外传播，此方程不依赖于φ, θ。空间任一点波都有瞬时频率fc。 假设：1、传播媒介无损耗、非色散 2、信号于是点源 3、点源位于空间远场，接收波为平面波 ;二、阵列信号模型与空间采样 令信号的载波为ejωt，并以平面波形式在空间沿波数向量k的方向传播设基准点处的信号为s(t)ejωt ，则距离基准点r处的阵元接收的信号为 k为波数向量； α=k/|k|为电波传播方向单位向量 |k|=ω/c=2π/λ为波数(弧度／长度) 为信号相对於基准点的延迟时间 为电波传播到离基准点r处的 阵元相对于电波传播到基准点的滞 后相位(弧度)。 θ为波传播方向角。;设在空间有M个阵元(传感器)组成阵列将阵元从1到M编号，并以阵元1作为基准或参考点如图示。设各阵元无方向性(全向)相对于基准点的位置向量分别为ri(i=1,…M,r1=0)。若基准点处的接收信号为s(t)ejωt 则各阵元上的接收信号分别为 在通信阵列里，信号的频带B比载波值ω小得多，所以s(t)的变化相对缓慢 ，即信号包络在各阵元上的差异可以忽略不计称为窄带信号。;此外阵列信号总是变换到基带再进行处理，因而可将阵列信号用向量形式表示为 仩式中的向量部分称为方向向量因为当波长和阵列的几何结构确定时，该向量只与到达波的空间角向量θ有关。方向向量记作a(θ)它与基准点的位置无关。如以第一个阵元为基准点则方向向量为 ;实际使用的阵列结构要求方向向量a(θ)必须与空间角向量θ一一对应，不能出现模糊现象。 当有多个(例如P个)信源时，到达波的方向向量可分别用a(θ1) a(θ2) … a(θP)表示。这P个方向向量组成的矩阵A= [a(θ1) a(θ2) … a(θP)] 称为阵列的方向矩阵或响应矩阵，它表示所有信源的方向 改变空间角θ ，使方向向量a(θ)在M维空间内扫描所形成的曲面称为阵列流形。 ;孔径阵列的概念： 孔径阵列是传感器收集空间能量的有限区域 天线阵的孔径阵列取决于阵的尺寸大小（间距，布阵形式等） 对于ULA，孔径阵列是第一个囷最后一个阵元之间的距离 孔径阵列越大，阵列的分辨率越好越能够区分间隔很近的源。

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