通过仿真理解完整的阵列信号噪声模型

概要

噪声对无线电设备的信号接收会造成影响,是通信、雷达、导航、遥感等工程应用领域中的关键考虑因素。通常认为阵列合成能够提升信噪比,但忽略了这一论断的前提,即不同通道引入的噪声互不相关。但实际应用中,接收的噪声不仅仅包含信道引入的不相关噪声,还包含从外界环境所接收到的相关噪声。因此为了更好的进行设计和实现,需要同时考虑了不相关噪声与相关噪声的阵列信号模型。

传统阵列信号模型

假定一个共M个全向天线单元,同时按任意阵型排列构成的天线阵,有K个空间窄带平面波以不同角度入射,三维坐标系中的二维阵列需要考虑方位角和俯仰角,传统的阵列信号接收模型(复基带形式)为

其中N表示阵元噪声矢量,S为入射信号矢量,X为各单元输出信号矢量,A为方向矩阵。通常对于上式有如下假设,阵列噪声矢量N的均值为0,噪声矢量的方差表示各个阵元的噪声功率。物理意义上指各个阵元信号中噪声互不相关。

外界噪声构成

对于阵列中各个单元天线而言,虽然各自的热噪声是互不相关的,但各个单元天线所面对的外界环境几乎是相同的,这些由外界环境背景辐射而引入的噪声却是相关的。外界相关的环境噪声包括加权后的太阳噪声、宇宙噪声、大气噪声、降雨噪声等的总和。新的噪声模型需要将这些因素考虑进去&#x

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