宽带天线阵列信号处理关键技术研究-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

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宽带天线阵列信号处理关键技术研究

项目名称：宽带天线阵列信号处理关键技术研究
项目类别：面上项目
批准号：60971113
申请代码：F010301
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2010-01-01-2012-12-31

项目负责人：殷勤业
负责人职称：教授
依托单位：西安交通大学
批准年度：2009

中文摘要：

无线业务的加速宽带化对系统提出了更高的带宽要求，而系统带宽的增加会导致单元天线增益的降低。基于阵列天线技术，利用空域资源获得天线阵列增益是解决该问题的有效途径。然而，以窄带假设为前提的常规阵列信号处理技术无法直接用于宽带/超宽带系统。本申请拟重点研究以下宽带天线阵列信号处理中的关键技术1）针对均匀线阵在使用相同加权系数时会出现宽带各频率波束指向弥散的问题，研究宽带阵列结构及波束形成技术。2）基于谐波嵌套的思想，研究宽带阵列波束的塑形技术，在保证不同频率具有相同波束指向的前提下，使不同频率下形成波束的宽度及增益趋于一致。3）基于波束域和空域平滑的概念，研究宽带阵列的相干源DOA估计方法。在此基础上，利用已有的宽带阵列实验平台对上述部分算法进行性能实测评估。本项目预期在上述几方面获得理论突破和技术创新，为宽带/超宽带系统提供利用空域资源的手段，对促进相关学科的研究起到积极的推动作用。

中文主题词：宽带天线阵列；波束形成；DOA估计；；

英文摘要：

broadband antenna array；beamforming；DOA estimation；；

英文主题词： broadband antenna array；beamforming；DOA estimation；；

结论摘要：

无线业务的加速宽带化对系统提出了更高的带宽要求，而系统带宽的增加会导致单元天线增益的降低。基于阵列天线技术，利用空域资源获得天线阵列增益是解决该问题的有效途径。然而，以窄带假设为前提的常规阵列信号处理技术无法直接用于宽带/超宽带系统。本项目重点针对宽带天线阵列信号处理中的关键技术展开研究。其中包括 1）针对均匀线阵在使用相同加权系数时会出现宽带各频率波束指向弥散的问题，研究基于均匀圆阵的宽带阵列结构及波束形成技术。 2）注意到均匀圆阵具有对频率不敏感的特点，因此在进行宽带信号波达方向（DOA）估计时，仅需少量切片，甚至不切片。基于此，项目组研究讨论了基于圆形阵列的宽带信号DOA估计方法。并进一步针对多径环境中的DOA估计，分别提出基于合成孔径和基于最小冗余阵列的思想来提高估计精度。 3）在理论方法研究的同时，项目组还搭建了宽带阵列实验平台，设计了相应的阵列校正方法，采集了多种场景下的宽带阵列数据，并用这些数据检验已有的阵列信号处理方法及项目组提出的处理方法。项目组的理论研究和实测实验均充分表明了圆形阵列在宽带信号处理中的优势，相比于均匀线阵，它可以大大降低系统的实现复杂度。此外，项目组还结合自身在阵列信号处理方面的研究经验，对研究计划进行了拓展和延伸。包括基于阵列天线的无线物理层安全传输技术、阵列天线技术在高移动性通信系统中的应用以及基于空间抵消的扩音系统自激消除方法。本项目已按计划顺利开展，在上述几个方面获得了一定的理论突破和技术创新，取得了丰富的研究成果，预期将对促进相关学科的研究起到积极的推动作用。

成果综合统计