• 虚拟阵列技术


    Virtual Microphone Array.

    基阵的角度分辨力受到基阵孔径的限制,俗称“瑞利限”。虚拟阵列扩展技术,构造虚拟阵元位置处的信号或信息,扩展阵列孔径,提高角度分辨力。主要又三种虚拟阵列扩展方法:四阶累积量法、外推法、内插法。四阶累积量虚拟阵列扩展法能够抑制高斯噪声,将基阵扩展到二倍孔径。常规外推法在信噪比较低时性能较差。常规的内插法主要应用于阵型变换,不适用于线阵的孔径扩展。

    虚拟阵列技术,是指通过某些技术手段,包括构造特定的阵列结构模型、用数学方法处理接收的信号源、对阵列进行虚拟变换等,以达到扩展原阵列孔径或者增加阵元数目等目的。在现代高分辨率空间谱估计中,如何提高阵列的分辨能力一直是该领域研究的热点问题之一,应用不同的虚拟阵列技术,比如增加虚拟阵元的数目、拓宽阵列的孔径、转换阵型等,能够很好的提高估计的精度,增强阵列的鲁棒性,实现解相干。在大型阵列天线阵的布局、无规则阵列天线的摆放等,都可以得到广泛应用。在DOA估计中,同常规的DOA估计算法最大的不同是,应用虚拟阵列技术,能够提高阵元天线的利用效率,同时对整个阵列的自由度也会有很大的提升,虚拟阵列技术正是为解决这些问题而产生的。

    虚拟阵列的目的就是通过虚拟平移构建1个满秩的接收数据协方差矩阵, 使得期望信号的信息保存在信号子空间中, 得到正确的估计结果。

    虚拟阵列技术研究起始于上世纪90年代中期,其初衷是为了实现高精度波达方向(Directional Of Arrival,DOA)估计和提高阵元的利用效率与自由度.近几年阵列虚拟扩展技术的研究主要集中在:1)通过直接对基阵进行虚拟扩展或内插,提高方位角度估计精度2)通过对阵列中的子阵进行平移或虚拟扩展,达到既能够提高测向精度,又能够解相干和扩展阵列处理自由度的目的;3)通过虚拟阵列的内插和扩展提高阵列方向图空域滤波性能,如提高波束指向性,同时降低旁瓣和抑制栅瓣。

    从阵列虚拟扩展方法可得,虚拟扩展阵列的信号数据其实和实际阵列的接收数据模型相同,而两者的主要区别是阵列噪声.也就是说,当阵列虚拟扩展时,扩展阵元上的噪声是由基阵噪声生成的.由于扩展阵列的波束方向图具有更窄的主瓣和更低的旁瓣,因而,虚拟扩展阵列对空间噪声的抑制更强于基阵.因此,由综合阵列虚拟扩展前后信号和噪声的变化,可以得出阵列虚拟扩展能够有效地提高源信号的输出信噪比.

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