角度弥散多径信号的阵列最佳接收技术研究

The multipath signals with angle dispersion arise from reflection or refraction of the radiated energy via objects that lie in the neighborhood of receivers. The phenomenon may lead to space-selected fading and most study focused on the cancellation of multipath interferes. However, truly effective processing should take full advantage of multipath energy to optimize the signal quality at the receiver. To cope with the problem, this research mainly considers the non-cooperative scenario where limited prior information available and investigates the corresponding array technique for the reception of multipath signals. Firstly, the iterative beamforming algorithm with the direction information of single path and blind methods based on multipath features are studied for narrow band multipath signals reception. Then broadband beamforming algorithms in conjunction with their implementation are investigated. Ultimately, the research focuses on the modeling and reception technique of near-field multipath signals and distributed sources. This research aims at improving the theory and methods of related array technique, innovating multipath signal reception mode, and ultimately applying corresponding techniques in practice.

角度弥散多径信号一般由接收机附近的反射或折射引起，它直接导致信号的空间选择性衰落。大多数研究将多径视作干扰加以抑制，而真正有效的处理应充分利用各径信号能量以最优化接收端信号质量。为此本课题对多径信号的阵列接收处理展开研究，主要考虑非合作接收因而先验信息受限的场景。首先研究窄带多径信号下，基于单径来向信息的迭代式阵列接收处理和基于多径自身特征的盲处理技术，其次研究宽带多径信号的波束形成器结构和算法设计，最后研究近场多径信号以及分布式信源的建模与相应的阵列最佳接收处理。本课题研究旨在丰富和完善相关波束形成技术的理论和方法，革新多径信号接收方式，为后续相关技术的实际应用奠定坚实基础。

角度弥散多径信号在通信中非常常见。常规研究通常将多径视作需抑制的干扰，Rake接收等技术又需大量先验信息才能充分利用各径能量。为此本课题研究了如何在有限先验信息下，实现多径信号的阵列最佳接收。实现信号最佳接收需要目标方位或位置信息，因此课题首先研究了目标方位估计，提出了一系列适用于机动接收平台的目标方位估计与定位算法。这类算法可以提取平台因运动而产生的多普勒频率变化，或通过观察节点的信息交互获得辐射源的高精度方位估计。其二课题研究了基于有限先验信息的波束形成处理，给出了多径能量合成效果与阵列孔径的关系，分析了最佳接收的优势，并提出了一系列针对角度弥散多径信号的最佳接收算法。这类算法在非合作场景下可仅根据目标信源的某径方位或者目标信号同干扰的统计特性差异实现多径最佳接收。在此基础上，课题组开展了基于短波、超短波频段信号的外场试验，验证了多径信号接收效果，结果表明项目所提算法能够更充分利用各径能量且稳健性好。本课题研究丰富和完善了无源定位和波束形成技术的理论和方法，革新了多径信号接收方式，为后续相关技术的推广应用奠定坚实基础。