Design of Near-field Wideband Frequency Invariant Circular Arrays

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阵列信号处理是信号处理专业的一个分支,主要侧重于由电波传输的信号。阵列即一组位于空间不同位置的传感器阵列,对其配置以便于对传播信号进行检测。阵列对传播信号在传感器位置进行瞬时采样,将信号进行处理后形成输出信号。传感器阵列可以看作时将场能转换为电能的转换器。阵列信号处理广泛应用于医疗诊断,雷达,声呐,通信以及地震学等领域。波束形成是阵列信号处理的重要部分,用于形成对特定方向的来波信号进行接收,而使其他方向上的信号产生衰减的波束。波束形成技术用于对某个感兴趣的特定方向上的来波信号进行估计,在接收信号的时会有不同的干扰信号和噪声存在从而被传感器接收。传感器位子不同的空间位置对空间内传输的波信号采样。对收集的采样样本进行处理,衰减/零陷干扰信号,提取所需的信号。因此,阵列系统的空间响应通过波束指向期望信号,零陷干扰信号获得。在大部分阵列信号处理文献中,信号源都假定位于阵列的远场范围内或者是源阵间的距离为无穷大。由此,接收波形为来自远场范围且具有平面波前的信号。这种方法大大简化了波束形成设计问题,然而,在许多应用中,信号源位于近场范围且具有球面波前,此时,仍然采用远场假设条件的算法使输出性能严重恶化。在核磁共振等医疗诊断领域中,信号源通常位于阵列的近场域。   宽带波束形成技术最近引起研究界的广泛关注,即在波束形成时采用的信号通常为宽带信号。宽带信号意味着占有一定的带宽,而且用于处理窄带信号的算法在处理宽带信号时不能有效工作。为了获得有效的输出信号,采用不同的结构对宽带信号进行处理。   本论文的工作是对近场圆形阵列宽带信号进行处理,获得目标/焦点位置增益输出,预先定义宽带信号阻带的旁瓣衰减大小以及感兴趣频域内的恒定波束宽带模式。本文使用不同的方法解决这个设计问题,该问题分为两部分,第一部分解决频域内的模型设计,第二部分给出时域内的结果。仿真结果表明解决方法的有效性。
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