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，才能够在不同应用场景下对合成性能有更加准确的评估。