论文总字数：17233字

摘 要

这些年来，逐渐成为信号处理技术领域的一个十分重要的分支之一就是阵列信号处理。它的目的就是为了抑制无用的噪声和干扰，增强所需的有用信号。

本文探讨研究关于阵列信号处理的MATLAB实现，以阵列天线为研究对象，以MATLAB软件为实验工具和实验载体，通过MATLAB仿真去初步验证基于最小均方算法和线性约束最小方差准则的波束形成算法，基于特征值分解的多重性号分类、总体最小二乘准则、谱峰搜索传输算子和空间平滑的DOA估计算法，L型阵下基于2D-MUSIC、均匀圆阵下基于UCA-ESPRIT、基于面阵的Unitary-ESPRIT算法和基于增广矩阵束的L型阵列的二维DOA估计算法，信源数估计的算法和宽带信号DOA估计的算法的结果的有效性，查看运行结果是否与理论的结果一致。从而加深对阵列信号MATLAB算法的理解和研究。

关键词：阵列信号处理；波束形成；DOA估计；信源数估计；

Array signal processing of the implementation of MATLAB

Abstract

In recent years, array signal processing has gradually become an important branch of the technical field about signal processing. Its purpose is to suppress unwanted noise and interference, and to enhance the useful signal.

This article discusses the research on the realization of MATLAB about array signal processing, sets antenna arrays as the research object,with MATLAB software ,the experimental tool and experimental carrier ,and uses the MATLAB simulation to realize the effectiveness of the results of the beam forming algorithm based on linear constrained minimum variance criterion and the minimum mean square algorithm, DOA estimation based on eigenvalue decomposition of multiple classification number, total least squares criterion and spectrum peak search transmission operator and spatial smoothing algorithm , two-dimensional DOA estimation algorithm based on L type array 2d-musicuniform ,circular array of uca-esprit, front, and the augmented matrix L type of beam array , broadband signal DOA estimation and the source number estimation ,in order to judge if the results of the operation are consistent with the expected results ,understand and research the array signal MATLAB algorithm in deep.

Keywords:array signal processing; beamforming; DOA estimation;source number estimation;

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外的发展 1

1.3 关键问题及难点 1

第二章 波束形成MATLAB的实现 3

2.1 LCMV波束形成MATLAB的实现 3

2.1.1 LCMV波束形成原理 3

2.1.2 MATLAB的实现 3

2.2 LMS自适应波束形成算法MATLAB的实现 4

2.2.1 LMS自适应波束形成 4

2.2.2 MATLAB的实现 5

第三章 DOA估计算法MATLAB的实现 7

3.1 MUSIC算法MATLAB的实现 7

3.1.1 MUSIC算法 7

3.1.2 MATLAB的实现 7

3.2 ESPRIT算法MATLAB的实现 8

3.2.1 ESPRIT算法 8

3.2.2 MATLAB的实现 8

3.3 root-MUSIC算法MATLAB的实现 9

3.3.1 root-MUSIC算法 9

3.3.2 MATLAB的实现 9

3.4 谱峰搜索传播算子算法MATLAB的实现 10

3.4.1谱峰搜索传播算子算法 10

3.4.2 MATLAB的实现 10

3.5 空间平滑MUSIC算法MATLAB的实现 11

3.5.1 空间平滑MUSIC算法 11

3.5.2 MATLAB的实现 11

第四章 二维DOA估计算法MATLAB的实现 13

4.1 L型阵下基于2D-MUSIC的二维DOA估计算法的实现 13

4.1.1 L型阵下基于2D-MUSIC的二维DOA估计算法 13

4.1.2 MATLAB的实现 13

4.2 均匀圆阵下基于UCA-ESPRIT的二维DOA估计算法的实现 14

4.2.1 均匀圆阵下基于UCA-ESPRIT的二维DOA估计算法 14

4.2.2 MATLAB的实现 15

4.3 L型阵列下基于增广矩阵束的二维DOA估计算法的实现 15

4.3.1 L型阵列下基于增广矩阵束的二维DOA估计算法 15

4.3.2 MATLAB的实现 15

4.4 面阵中Unitary-ESPRIT算法的二维角度估计的实现 16

4.4.1 面阵中Unitary-ESPRIT算法的二维角度估计 16

4.4.2 MATLAB的实现 16

第五章 信源数估计MATLAB的实现 18

5.1信源数估计算法 18

5.2 MATLAB的实现 18

第六章 宽带信号DOA估计MATLAB的实现 20

6.1 宽带信号DOA估计 20

6.2 MATLAB的实现 20

第七章 结束语 22

致 谢 23

参考文献 24

附 录 25

第一章 引 言

1.1 研究背景

信号处理，就是所谓要在处理某种媒体上面记录的信号后，来获得有效信息的过程，这是提取、变换、综合、分析不同信号的处理过程的统称。信息传输、信息获取和信息处理是信号与信息的处理方面的三大支柱。信号处理的一个重要分支就是阵列信号处理，其研究重点在于获取、处理和传输空间传输波中携带的信号——即是对空间分布组传感器的接收空间的传输波信号进行处理来提取信息。其中的信息可能就是产生信号源的位置信息、信号本身内容或者方向信息的信号，之后进行处理以提取信息。

1.2 国内外的发展

上世纪40年代的wiener滤波理论应用于60年代阵列处理。60年代以来，经历了三个不同的阶段，分别是1964年3月的自适应波束的控制、1976年9月的自适应零点控制和1986年3月的空间谱估计。拥有两个方向，第一个方向是滤波，发展顺序为先有自适应波束控制、再有自适应零点控制、随着出现了80年代后的快速算法、后有90年代后的稳健计算。第二个方向是方向估计，发展顺序为80年代之前的近代谱估计、基于子空间技术的参数化模型、90年代的稳健算法和盲信号处理。

目前，阵列信号处理在众多领域有着广泛且十分重要的应用，已涉及到无线局域网、通信、导航、医学诊断、雷达、移动通信、地震勘探和声纳等许多种军事和经济方面。举例来说，在相控阵雷达体制中，其中的抑制杂波的干扰方面起着十分重要的作用的就是自适应的波束形成技术。在移动通信中，令移动通信进入了一个崭新阶段的技术就存在于阵列信号处理中的关于波达方向估计的部分技术。均匀圆阵的信号的波达方向估计技术、非理想线性阵列的雷达信号的波达方向和频率估计技术、复杂的信号波达方向和参数的估计技术和天线阵列的波束形成技术等四个方面的内容全都属于在阵列信号处理中的研究热点内容。它们无论是对着阵列信号处理的理论发展还是对着实际应用，都有十分重要的意义。

1.3 关键问题及难点

本论文首先介绍了有关阵列信号处理的基础理论部分。在此之后，重点讨论研究阵列中的波束形成、DOA估计、宽带DOA估计、二维DOA估计、信源数目估计等内容。

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