翻译第二版

南京邮电大学毕业设计(论文)外文资料翻译学院通达学院专业网络工程学生姓名陈学军班级学号10003518外文出处AVersatileApproachtoSpatialFiltering附件：1.外文资料翻译译文；2.外文原文指导教师评价：1．翻译内容与课题的结合度：□优□良□中□差2．翻译内容的准确、流畅：□优□良□中□差3．专业词汇翻译的准确性：□优□良□中□差4．翻译字符数是否符合规定要求：□符合□不符合指导教师签名：年月日翻译：技术：波束形成的空间滤波的通用方法巴里D.范维恩和凯文M.巴克利波束形成器是一种用于与传感器提供一个通用的空间滤波形成阵列连接处理器。该传感器阵列收集的传播波域空间样本，这是由波束形成器处理。其目的是估计所需的方向在存在噪声和干扰，具有重叠的频率内容信号到达的信号，但起源于不同的空间位置。本文提供的波束形成从信号处理的观点，在最近的研究重点。数据独立，统计学上的最优，自适应，自适应，和部分自适应波束形成进行了讨论。1.介绍长期的波束形成源自事实空间滤波器设计的早期形成的铅笔束（参见图。极坐标图）以接收信号，从一个特定的位置的辐射和其他位置的信号衰减。“成形梁”似乎表明辐射能量；然而，波束形成是适用于辐射或接收的能量。本文讨论了用于接收光束的形成。为了获得空间传播信号经常遇到的干扰信号的存在的系统。如果所需的信号和干扰的频带占用相同的时间，然后时间滤波不能用于单独的信号从干扰。然而，所需的信号和干扰信号通常来自于不同的空间位置。这个空间上的分离，可以利用单独的信号从干扰在接收器使用空间滤波器。实施永久的孔径。同样地，一个空间滤波器的实现需要在空间过滤器收集的数据处理需要一个空间孔径对收集到的数据处理。几个应用程序，采用空间滤波的数据列于表1.1。图1.1说明了一个微波通信天线，采用连续的空间孔径实现空间与单天线滤波。图1.2显示了一个低频拖曳声纳阵列的空间采样的传感器阵列。当空间采样的离散，处理器执行空间滤波被称为波束形成器。一个典型的波束形成器的线性组合的空间采样时间序列从每个传感器获得一个标量输出的时间序列，在相同的方式，一个FIR滤波器的线性组合的时间采样日期。空间的阵列传感器的采样的两个主要优点如下。图1.1连续孔径为空间滤波的一种机制。说明是抛物面微波天线系统。碟形天线提供空间孔径的能量收集。这种能量被反射到天线馈源。这道菜和饲料作为一个空间积分。从远场源位于直接在前面的天线的能量到达饲料暂时对准并连贯总结。在一般情况下，从其他能源将到达通过可变长度的路径的饲料。极坐标图的一个典型的天线方向图显示的是选定的频率和仰角的天线指向。表1.1一个有效的和通用的空间滤波阵列和波束形成器。下表列出了一些应用程序的空间应用。滤波，给出了阵列和波束形成器的例子，和几个重点提供参考。应用描述引用雷达相控阵雷达；空中交通布鲁克纳[1985]；控制；合成孔径雷达海[1985]；声纳定位和分类的骑士等人[1981]；奥斯利[1985]通信的定向发送和接收；Mayhan[1976]；在卫星通信广播业的康普顿[1978]；与亚当斯等人[1980]超声成像；光学；断层马科夫斯基[1983]；普拉特[1978]；卡卡[1985]地球的地壳映射；石油勘探正义[1985]探索天文高分辨率成像；探索宇宙的日元[1985]生物医学胎心监护；组织Widrow等人[1975]；热疗；助听器Gee等人[1984]；彼得森等人[1987]空间分辨能力取决于空间的孔径大小；随着孔径的增加，歧视的提高。绝对的孔径大小不重要而在波长的大小是关键参数。一个单一的物理天线（连续空间孔径）能够提供必要的歧视往往是高频信号由于波长较短的实践。然而，当频率较低的信号是感兴趣的，传感器阵列往往比实际的合成与一个单一的物理天线的一个更大的空间孔径。使用一个传感器阵列的第二个非常明显的优势，在任何波长有关，是由离散的采样提供了空间滤波的多功能性。在许多应用领域，有必要改变空间滤波功能的实时保持干扰信号的有效抑制。这种变化是很容易实现的离散采样系统通过改变其中的波束形成器的线性组合的传感器数据的方式。改变一个连续孔径天线的空间滤波函数是不切实际的。本文的目的是描述的波束形成从信号处理的角度来看，波束形成器的设计提供一个概述，并简要讨论了性能和实现问题近年来研究的一个重点。本文开始的一节专门定义基本术语，符号，和概念。成功的部分包括数据独立，统计学上的最优，自适应，和部分自适应波束形成。然后我们提供一个简单的实施问题的讨论和总结。在本文我们使用熟悉的方法和技术的FIR滤波提供洞察的空间与波束形成器过滤从各个方面。然而，在某些方面不同于FIR滤波波束形成明显。例如，在波束形成的能量来源，可以对感兴趣的几个参数；范围，方位角和俯仰角，极化，和时间频率内容。不同的信号往往是相互关联的由于多径传播。空间采样往往是不均匀的，多维的。不确定性常常必须包含在单个传感器的响应特性和位置，激发强大的波束形成技术的发展。这些差异表明，波束形成是一个更一般的问题比FIR滤波和作为一个结果，更一般的程序设计和处理常见的结构。而不是在归因的发展由于在波束形成许多不同的研究者一个徒劳的尝试，我们读者参考下面的参考书–J。W。R.格利菲斯等人。，ED，{1973}，哈德森[1981]，蒙津戈和米勒[1980]，海，ED，[1985]，康普顿[1988]；特殊问题–IEEE天线与传播[1976]，[1986]，[1987]海洋工程学报；–教程加布里埃尔[1976]；和参考书目–马尔[1986]。论文致力于波束往往发现在IEEE天线与传播窄带和宽带波束形成之间的波束。最后一部分界定了各种类型的波束形成器。，A.波束形成和空间滤波图2.1描绘了两个波束形成器。第一，样品的传播波场的空间，通常用于窄带信号处理。在时间k的输出，Y（k），给出了数据的线性组合在时间kJ传感器：其中*表示复共轭。这是传统的数据乘以由权重简化符号的缀合物。我们假定数据和权重是复杂的由于在很多应用正交接收机用于每个传感器产生同相和正交（I和Q）的数据。每个传感器被假定为声学，语音，和信号处理，航空电子系统，并在美国声学学会杂志。这是一个巨大的身体各方面的文献和我们的波束只能引用在我们讨论支持的一个子集。我们通常把FIR滤波文学在我们的讨论中的波束形成，由于他们的历史都是平行和重叠。图1.2这个数字代表了空间与拖曳声纳阵列等间隔的传感器的一个离散的孔径过滤。由于远场源位于阵列的宽边传感器接收到的信号（I，E；沿垂直于轴线的平面阵列）将暂时排列在阵列，假定传感器是相同的，传播各向同性的。将传感器输出的结果在一个连贯的增益相似，证明在figure1.1.if源波达方向（DOA）的另一个利益是，延迟可以在传感器输出的电子实施弥补，DOA的探测器间的传播延迟，从而暂时校准源。延迟求和波束形成器的装置构成。一个更通用的方法是使用滤波器在传感器输出和滤波器的输出。一个长方形的大小与DOA表明一个相移求和波束形成器。一个线性等距采用16全方位传感器阵列的波束形成器。”转向“18°。声学，语音，和信号处理，航空航天和电子系统，并在美国声学学会杂志。是一个巨大的身体在波束形成各方面的文献和我们只能引用在我们讨论支持的一个子集。我们通常把FIR滤波文学在我们的讨论中的波束形成，因为他们的历史都是平行和重叠。Ⅱ.基本的术语和概念在这一节中我们介绍的术语和概念，整个文件。我们开始与一个分段定义并讨论了空间滤波波束形成操作。下一小节，题为“二阶统计，“发展表示接受的数据在阵列协方差之间的区别，讨论了窄带和宽带波束形成。最后一部分定义了各种类型的波束形成器。最后一部分界定了各种类型的波束形成器。A.波束形成和空间滤波图2.1描绘了两个波束形成器。第一，样品的传播波场的空间，通常用于窄带信号处理。在时间k的输出，Y（k），给出了数据的线性组合在时间kJ传感器：*代表复共轭，这是传统的数据乘以由权重简化符号的缀合物。我们假定数据和权重是复杂的是在每个传感器产生同相和正交（I和Q）的数据。每个传感器被假定为有必要的接收电路和A/D转换器进行数字化如果波束形成。图中样品的传播波场在时间和空间上的二波束形成器是经常被用来当信号频率显著程度（宽带）的兴趣。在这种情况下，输出可以表示为其中K-1在所有的J传感器通道的延迟数。如果在每个传感器的信号作为输入，然后一个波束形成器是一个多输入单输出系统。这是方便开发符号允许我们把两个波束图的同时。注：（2.1）和（2.2）可以写为通过适当定义的权重向量W和数据向量X（k）。我们使用的上限和下限案例黑体表示向量和矩阵的量，并让上标H代表埃尔米特（共轭）转置。向量是列向量。假设w和x（k）是N维；这意味着，N=千焦指（2.2）和n=J指（2.1）。除第五节对自适应算法，我们将下降时间指数，认为它的存在是在在本文的其余部分的理解。因此，（2.3）被写为Y=。许多在本文中所描述的技术是适用于连续时间和离散时间的波束形成。抽头权重和T秒延迟是由一个FIR滤波器的频率响应另外其中R（W）代表的过滤器，一个复杂的频率w和d的正弦响应（W）是一个向量描述在每个抽头的复正弦信号相位的FIR滤波器相对于与水龙头同样，波束形成器的响应被定义为提出一个复杂的平面波作为位置和频率的函数的振幅和相位。位置一般在一三维的数量，但我们经常只关心一或二维波达方向（DOA）。在剩余的纸张，我们不考虑范围。图2.2说明以何种方式的传感器样品的空间传播signaol数组。假设该信号是一个方便的DOA和频率θW.复杂平面波让相在第一传感器是零。这意味着，代表了时间延迟由于传播从第一个传感器。代入（2.2）的波束形成器的输出结。波束形成器的响应是可表示的向量形式D元素（θ，ω）对应的复指数函数。一般可以表示其中，，2≤i≤N，时滞是由于传播和从零相位参考任何抽头延迟的这一点，应用重量我们指的D（θ，ω）的阵列响应矢量。非理想的传感器的特性可以被纳入D（θ，ω）由各相移乘以一个函数，它描述了相关的传感器响应作为频率和方向的函。光束模式定义为平方值R（θ，ω）。注意，在W权重影响的时间和空间的波束形成器的响应。从历史上看，使用FIR滤波器已被视为在每个频道提供了依赖于频率的权重。这种解释是正确的但有点不完全，在每个滤波器系数同时波束形成器的空间滤波特性的影响。作为一个多输入单输出系统，空间和时间滤波的发生是由于相互作用之间的空间和时间采样。在FIR滤波和波束形成对应的是最近在波束形成器工作在一个单一的时间频率和阵列的几何形状是线性和等间隔的说明在图2.3。让传感器间距是D，传播velocitybeC，和θ代表方位相对侧（垂直于阵列）我们用在这种情况下，我们确定的时间频率ωD之间的关系（ω）（FIR滤波器）和方向θD（θ，ω。）（波束形成）作为ω=ω。（D/C）θ罪。因此，在FIR滤波器的时间频率对应的方向在窄带正弦，等间隔直线beamfoemer。波束形成和FIR滤波方法完整的交换是可能的这一特殊案例提供的频率和方向之间的映射。介绍了矢量符号（2.6）提出的波束形成向量空间解释。这种观点在波束形成器的设计和分析是有用的。我们在这里的空间采样和阵列的几何形状考虑使用它。权重向量w和阵列响应矢量D（θ，ω）载体在N维向量空间。W和D之间的角度（θ，ω）确定响应R（θ，ω）。例如，如果一些（θ，ω）W和D之间的夹角（θ，ω）是90°（即，如果W是正交的D（θ，ω）），然后响应为零。如果角接近0°，然后响应幅度会区分源在不同的位置和/或频率的能力，说，（）和（），是由阵列响应矢量之间的夹角确定，D（）和D（）（Cox[1973]）。空间采样的一般作用是相似的时间采样。空间混叠的对应于在源位置的歧义。的含义是，在不同的位置源具有相同的阵列响应矢量，例如，窄带源D（）=D（）。这种传感器是否发生间隔太远。如果传感器太紧密，空间歧视造成的不必要的小孔径阵列响应矢量；是不是在N维向量空间分散。另一种类型的歧义发生与宽带信号源在一个位置和频率时也不能区分在不同的位置和频率