存在近場輻射源情況下的陣列流形建模及分辨性能分析

宋嘉奇，王 露，王 玨

（中國電子科技集團公司第二十研究所，西安 710068）

0 引言

近場輻射源定位作為雷達、聲吶系統的主要任務之一，在軍事、民用等領域具有廣泛應用。傳統陣列信號處理通常假設信號源位于天線陣列的遠場區域，也稱夫瑯霍費區（Fraunhofer Region），即信號源與陣列中心的距離r＞2D2/λ，其中D為傳感器陣列的孔徑，λ為無線電信號的波長。此時信號源與陣列的距離遠大于陣列孔徑，信號到達各陣元的波前差異不大，因此遠場的電磁波傳播模型可以用平面波來近似。但當信號源到陣列的距離滿足0.62(D3/λ)1/2＜r＜ 2D2/λ時，目標位于天線陣列的近場區域，也稱菲涅爾區（Fresnel Region），信號波陣面在天線陣列的孔徑渡越無法忽略，此時信號到達陣列的波前需要用球面波模型進行描述，不能再近似為平面波[1]。從天線陣列中心到0.62(D3/λ)1/2的區域稱為感應近場區，電磁能量在該區域內周期性地來回流動，不向外輻射。以11陣元的稀布天線陣列共線排布，陣元間距為5 m，天線工作在x波段，則陣列孔徑D= 50 m，λ= 0.03 m ，2D2/λ≈ 1.67 × 105m，距離陣列中心小于150 km 的信號源都被視為近場目標，因此，研究近場情況下的輻射源參數估計問題具有非常重要的理論意義和實用價值。

參數估計算法中一類典型的參數估計算法是子空間類算法，自斯坦福大學的Schmidt 博士提出經典的多重信號分類（Multiple Signal Classification，MUSIC）算法[2]之后，國內外廣大學者對子空間類算法開展了深入研究，并提出了一系列改進算法。特征子空間類算法的基本思想是利用特征分解將陣列接收數據矩陣分解為信號子空間和噪聲子空間，通過對陣列流形（Array Manifold）的搜索實現信號源的參數估計，大大提高了參數估計精度及分辨率，且不再受“瑞利限”的約束。……