自适应数字波束并行信号处理实现

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  • 更新时间2018-06-23
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  若干传感器单元在空间隔离形成的,且在现实条件中可以实施自我调控的天线系统即为适应天线阵,它不但可以对需要信号的特点性质进行保护维持,还可以对周围不明了的干扰环境进行及时的反应,并且降低干扰终止方向的增益或者在这个方向上设定零点。实时自适应处理器、方向图形成网络和天线阵是该系统的主要组成部分。其中,用自适应处理器可以完成调控方向图形成网络里面可变加权系数的工作。现如今,各行各业都在使用并行信号,如通信技术、雷达探测、地址探测以及医学影像诊断等。所以,解决好并行信号处理问题对于人们的生活和各行业的发展都是十分重要的。


  【关键词】自适应数字波束并行信号


  并行信号及阵列信号的分析处理技术是信号处理技术的两大主要内容。并行信号与阵列信号不仅能够对噪声进行抑制、对干扰进行降低,而且能够对有用的目的信号进行增强。相關研究工作者在历经几十年的不断的建立和改善后,终于使并行信号的处理技术被成功应用到每一个需要它的地方,并且产生了许多不同的并行处理系统,每一个系统均在运行方式、结构、应用、算法等方面具有独特之处。


  利用自适应数字波束技术对并行信号进行处理,能够有效减小干扰,进而更加精确的得到目标信号。


  1自适应数字波束形成技术的发展与研究现状


  虽然在现实中利用阵列信号可以减少信号干扰及噪音,可是也不可忽视它的导航和通信两系统中含有的缺陷。举例:传送阵列及并行信号过程中,信号的相位及通道幅值也会出现误差;为阵列信号在尽力降低噪音时会发生排布方式出现误差等的情况。自适应数字波束并行信号技术的出现和发展可以有效避免误差出现,充分彰显阵列和并行信号的长处。自适应数学算法是它建立的基础。数据量及计算量会由于增加的阵列信号量在空间范围内造成信号天线的排布序列的增多而增多,这是计算性能在并行信号处理系统中面临的巨大难题。自适应数字波束通过编成算法的方式加权计算大量并行信号,给信号挑选了最好的权值。设定最好的权值可以实现阵列和并行信号形成波束。需要注意的是,在采用此方法时,庞大的信号数据量及阵列数在信号处理方面形成了难题。


  2并行信号的自适应数字波束形成算法研究


  2.1并行信号的基本模型


  并行机的高性能是处理并行信号的关键,如今被应用的最为普遍的是PC集群系统,它是由数台PC计算机利用网络进行连接,每个节点或工作站协同合作,以此使任务更准确和高效的完成。在信号处理过程中扩展性强、结构简单且成本比较小时PC集群系统的优势,在实际应用它时,为了实现既科学又效率高的目标,可以根据工程情况对其组成和建立进行适当调整。


  对于自适应数字波束,我们可以通过信号类型及参考量的不同把它的形成分为下列几类:第一种,空间域数字波束形成方式。此种方式是以空间域参考信息作为基础的,它包含很多信息。此种自适应算法主要有MOVD扩展算法及MOVD算法等。MOVD算法是根据信号空间的来源及线约束方向的自适应算法,它的另一叫法为最小方差算法。一旦并行信号出现空间阵列及位置不确定的情况,它的效率就会大幅降低。第二种,时域数字波束形成方式。此法是在时域中以时间参考信息作为基础的。它的稳定性比较强,主要有LMR算法等。它一般需在时域范围中对信号的序列进行输出,且对空间中信号的阵列排布及来源方向无要求。第三种,盲波束形成方式。此法无需基于以上几种参考信息,仅需部分信号的先验信息。


  2.2并行信号的数字模型


  并行信号具有较广的应用,自适应数字波束形成算法是在对并行信号进行处理时的前提,它的本质即为依据并行信号的方向对某种信号进行增强或抑制。若想对目标信号进行精准、准确的提取,传统滤波器并做不到,而应用自适应数字波束形成算法就可以提取到想要的信号。它主要包括下面两项:


  2.2.1MVDR算法


  信号输出功率为此算法的参考依据,它的目的是尽可能减小目标信号的输出功率。利用此种算法时,信号的输出端仅容许目标信号输出,以此来保证输出功率的最小化,做到无失真输出,同时,利用此算法也可以避免噪音对信号的干扰,使得使用系统的信噪比得到提升。


  2.2.2约束算法


  此算法以权值矢量作为基础,对并行信号权值使用迭代算法,限制每次迭代的矢量。此法能对并行信号中的雷达接收及发射信号进行有效处理,且同时处理二者能够提高雷达信号的处理技术及传输质量。


  2.3自适应数字波束并行信号处理的递归法


  此法属于自适应阵列的处理算法,递归计算直接算法需要的矩阵求逆是它的基本原理,所以运用此法时不需要直接矩阵求逆。利用矩阵求逆来进行引理,能够使相同的基本的更新权过程演绎出不一样的递归算法。自适应阵列出的递归处理算法本质上依据的还是最小二乘方法,它和卡尔曼滤波方法的关系十分紧密。递归处理算法在处于较稳定的环境下时,在每个采样的瞬间所计算出的权值均是最佳的选择以对接数据为基础的最小二乘方法。


  3并行信号的数字波束形成算法的实现


  对雷达传送的信号进行实时处理,并输出波束置零的权值是自适应抗干扰算法的作用。若要提升它的信号处理速度,不仅要选择快速收敛算法,还应选用高速结构用于硬件系统。所以,在设计它的硬件系统过程中为了提升运算速度,既要基于算法本身的并行性,应用Systolic并行处理结构,又要辅以高速数字信号储存器和处理芯片等部件的应用。此外,通过进一步严谨的研究分析,还要选对阵列映射方式对算法进行完善,使节点数量变少。通常阵列映射方式分为三种:超平面映射、按Y方向映射和按X方向映射。


  4结束语


  现如今,无论在工业方面,还是在军事领域,并行信号和阵列信号的发展与应用都是十分重要且值得我们关注的。本文分析了自适应数字波束的发展与研究现状,阐述了并行信号的自适应数字波束形成算法的研究,对自适应数字波束并行信号处理的实现提出了建议,希望可以使并行信号得到稳定、准确和高效率的处理。


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  作者:景华路,南京长江电子信息产业集团有限公司 江苏省南京市 210039