极化智能天线的二维矢量波束形成方法研究

针对智能天线的匹配接收与干扰抑制等问题,将现有的基于均匀线阵的极化波束形成方法拓展到二维平面阵,提出了一种基于二阶锥规划的二维极化波束形成方法。在二维观测平面内,该方法通过对主瓣区域进行极化匹配设计以提高系统接收增益和主瓣干扰的抑制能力,在旁瓣区域将零陷凹面与极化约束进行叠加设计以最大限度提高干扰抑制能力,并建立最优的矢量波束优化模型,进而转化为两个等价的标量优化问题,可使用二阶锥规划求解。仿真结果表明:相对于现有的均匀线阵极化波束形成方法而言,该方法能够在方位-俯仰的二维平面上实现极化波束的约束优化,包括了主瓣极化匹配、零陷凹面的极化约束,提高了极化波束形成方法的工程实用性。      

接收多径相干信号的鲁棒自适应波束形成算法

为有效接收多径相干信号,该文提出一种基于波束主瓣幅度约束的鲁棒自适应波束形成算法。该算法充分利用多径相干信号的来波信息,对接收数据协方差矩阵统计量进行优化,并对多径相干信号波束主瓣进行幅度约束,通过一阶泰勒展开将多径相干信号的优化问题转换为迭代二阶锥规划问题,获得最佳波束形成权矢量。该算法不仅能够有效接收多径相干信号,抑制干扰和噪声,而且能够克服较大导向矢量失配误差,自由控制鲁棒响应区的波束宽度和纹波水平。仿真实验验证了算法的正确性和有效性。      

基于二阶锥规划的相干信号自适应波束形成

针对常规自适应波束形成器只能用于非相干信号波束形成这一缺陷,提出了一种基于二阶锥规划的相干信号自适应波束形成方法.首先对接收到的信号的自相关矩阵进行Toeplitz重构,使其秩等于干扰和信号的数目;然后在保证波束形成器对期望信号无失真输出和波束旁瓣级电平低于给定要求值的前提下,使波束输出功率最小化,同时对系数的范数进行约束以保证波束形成器的稳健性;最后将波束形成器的设计问题转化为凸优化中的二阶锥规划问题,用MATLAB中的SeDuMi工具箱进行快速求解;仿真结果和数据分析表明了该方法有效性.     

基于二阶锥规划的矢量阵波束优化设计及仿真

提出了将二阶锥规划方法应用于矢量阵的波束优化设计。该优化方法在保证波束旁瓣低于期望值的条件下,设计以最小加权均方误差逼近于期望波束响应的波束。将该优化设计方法转换为二阶锥规划形式．通过已有的内点方法求出其数值解。计算机的仿真结果验证了基于矢量阵得到的优化波束具有较好的稳健性．另外由于SOCP在波束优化设计方面具有其本身的优越性,可以通过增加约束表达式兼顾多个性能指标的设计。     

基于凸优化的共形阵二维波束优化算法研究

传统波束优化手段应用于共形阵二维波束优化时,存在旁瓣水平高的问题。文中基于凸优化理论,提出了两种适用于共形阵列二维波束旁瓣优化的二阶锥规划方法。第一种是设定主瓣宽度下的最低旁瓣波束形成,第二种是设定期望旁瓣级的高增益等旁瓣波束形成。仿真结果表明相比于常规波束形成和其它波束优化方法,第一种方法在相同主瓣宽度约束条件下可以得到最低的旁瓣级,第二种方法得到的旁瓣级可以满足设定要求且有更高阵增益。     

二维相控阵-MIMO雷达联合发射子阵划分和波束形成设计方法

为了有效地抑制干扰信号并进一步提高雷达系统的性能,该文提出一种基于2维相控阵-MIMO雷达的联合发射子阵划分和波束形成设计方法。该方法首先将MIMO雷达系统的发射阵列等分成一定数目的非重叠子阵并给每个天线分配相同的发射能量,以确保发射信号具有恒模特性;其次,在一定的约束条件下,以最大化接收波束形成器的输出信干噪比为准则建立关于子阵结构、每个子阵对应的发射波束形成权矢量以及接收波束形成权矢量的优化模型,并采用循环迭代方法进行求解。仿真结果证实了所提方法的正确性和有效性。     

基于二阶锥规划的相干信号深零陷自适应波束形成

针对常规自适应波束形成算法在强相干干扰情况下零陷深度不够、甚至干扰抑制失效的问题,提出了一种基于二阶锥规划的相干信号深零陷自适应波束形成算法。该算法首先对接收数据协方差矩阵进行Toeplitz重构,使其包含信号和干扰的所有方位信息。然后重构了干扰加噪声协方差矩阵。接着在保证期望方向波束无失真前提下,约束主瓣宽度和旁瓣电平,使得波束形成器干扰和噪声的输出功率最小。最后将该问题转化为凸优化中的二阶锥规划问题,并使用凸优化工具箱进行快速求解。仿真结果验证了该算法的有效性。     

基于压缩感知的均匀圆阵方向不变波束优化方法

针对现有的方向不变波束形成算法在阵元个数确定以后,其波束的主瓣与旁瓣水平无法进一步改善的情形下。本文基于均匀圆阵在现有方向不变波束形成方法的基础上,通过引入压缩感知理论（Compressed Sensing,CS）,提出了一种可以进一步改善波束主瓣与旁瓣水平的方法。该方法使用压缩感知理论对信号进行压缩采样和稀疏重构,并通过凸优化中二阶锥规划方法对恢复的信号进行方向不变波束形成,可以在不增加实际阵元数的前提下,增大阵列孔径,得到旁瓣水平更低和主瓣宽度更窄的波束图。仿真结果表明该方法在一定程度上提升了波束形成器的性能,在阵列信号处理方面具有一定的理论与实际意义。      

基于二阶锥规划的非均匀线列阵优化波束形成

针对常规Chebyshev方法只能应用于均匀线列阵恒定旁瓣级优化波束形成的问题,提出基于二阶锥规划的非均匀线列阵恒定旁瓣级优化波束形成方法.该方法根据波束形成器在期望信号方向无失真响应和旁瓣级恒定条件下最小化波束噪声输出功率的准则来设计优化波束形成.这种优化波束形成问题可以通过数学变换转化为标准二阶锥规划形式进行求解.仿真结果表明,通过选取合适的旁瓣约束范围,所提方法对于均匀线列阵和非均匀线列阵均可以取得理想的恒定旁瓣级优化波束形成结果.     

基于响应矢量优化的共形阵列稳健波束形成方法

针对共形阵列天线自适应波束形成中存在的主瓣保形困难、旁瓣电平高等问题,该文提出基于波束响应矢量优化的自适应波束形成方法。在主瓣波束保形约束条件下,通过自适应地调整波束响应矢量,求得最优的响应矢量,进而求得准最优自适应权。该方法将非凸的二次约束二阶优化问题转化到高维空间进行求解,并通过半正定松弛(SDR)转化为凸优化问题,高效求得准最优解。该方法不仅保持了期望的主瓣响应,同时克服了传统线性约束最小方差(LCMV)自适应波束形成方法旁瓣高的缺点,并且对阵列构型具有稳健性。仿真实验验证了该方法的有效性。     

基于谱分析的稳健自适应波束形成算法

针对在导向矢量存在误差情况下,自适应波束形成算法性能下降问题,提出一种基于谱分析的稳健自适应波束形成(SA-RAB)算法。算法利用空域与频域的对称性,根据真实导向矢量与理想导向矢量之间的误差,运用谱分析(SA)技术确定波束主瓣宽度,最后利用二阶锥规划(SOCP)技术在主瓣宽度内形成平顶响应,并在副瓣区域内进行干扰抑制。仿真结果表明:该算法可有效地抑制干扰,并输出理想的信号干扰噪声比(SINR),且提高了波束形成针对导向矢量误差的稳健性,验证了算法的有效性和优越性。     

双基地MIMO雷达发射功率聚焦的角度估计算法研究

该文针对传统双基地MIMO雷达发射功率在空间发散的问题,提出一种双基地MIMO雷达发射功率聚焦方法。首先,建立了双基地MIMO雷达发射功率聚焦的优化模型,其优化准则为:在感兴趣空域内严格约束优化波束与期望波束的最大误差小于给定门限的前提下,最小化发射方向图的峰值旁瓣功率。同时,构造特殊发射端波束矩阵,不仅能使等效发射/接收导向矢量具有旋转不变性,并且简化了原优化模型,以便采用二阶锥规划理论进行快速求解;其次,利用改进平行因子算法对空间目标的收发角度进行估计,结合发射/接收导向矢量的旋转不变性对平行因子内部最小二乘算法的初始迭代点进行了改进,有效地减小了算法的迭代步数;再次,推导了双基地MIMO雷达发射功率聚焦下多目标角度估计的克拉美罗界(CRB),进一步说明了所提方法的优越性。最后,仿真验证了理论分析的有效性。     

一种基于高阶累计量的相干干扰抑制方法研究

常规的自适应数字波束形成方法仅限于利用信号的二阶统计特性,当其工作在相干干扰环境中时,由于接收信号协方差矩阵的信号子空间的一些向量收敛到噪声空间中,此时二阶统计量方法无法准确提取干扰方位信息,从而导致该波束形成器很难取得较好的抗干扰性能。因为高阶累计量能包含更多的统计信息,运用高阶累计量方法来提取干扰信号方位信息,然后根据最小均方误差准则来形成波束图,试验表明基于高阶累计量的自适应波束形成方法能够较为有效地抑制相干干扰源,并且该方法减少了对阵列流型的依赖,具有较好的容差性。     

期望主瓣响应下任意阵方向图综合方法

为实现任意阵列天线的方向图综合,特别是考虑到不同空间指向对阵列方向图的影响,提出自适应原理与凸优化理论相结合的方向图综合法.该方法首先利用自适应原理综合法得到所需阵列方向图的旁瓣特性;而后,选择零度角的方向图主瓣作为期望主瓣;最后,在该期望主瓣响应下,将阵列方向图综合问题转化为二阶锥规划问题.采用凸优化循环迭代算法,完成对非凸优化问题的求解,从而保证方向图在满足期望主瓣响应的同时,使旁瓣特性与自适应方向图综合方法得到的结果最接近.理论分析与仿真结果表明,综合后阵列方向图在不同空间指向上具有与期望主瓣一致的主瓣特性,且其旁瓣也能够很好地保持对动态干扰的抑制特性.     

基于序列二阶锥的平面稀疏阵方向图重构

针对稀疏阵列天线多方向图可重构问题提出了一种基于序列二阶锥的算法。通过引入共轭对称激励,将方向图的上下界约束转化成凸问题;通过辅助变量的迭代加权,将稀疏阵列的阵元位置优化和多方向图的赋形转化为序列二阶锥问题。文中将算法从线阵推广至面阵,在任意主瓣宽度、响应波纹、零陷及副瓣电平的约束下,通过改变阵元的激励,皆可优化阵元位置排布。仿真结果验证了算法的有效性,可以达到降低天线系统成本的目的。     

Design of Scannable Non‐uniform Planar Array Structure for Maximum Side‐Lobe Reduction

In this letter, we propose a novel design scheme for an optimal non‐uniform planar array geometry in view of maximum side‐lobe reduction. This is implemented by a thinned array using a genetic algorithm. We show that the proposed method can maintain a low side‐lobe level without pattern distortion during beam steering.     

高低轨频率共存卫星通信系统鲁棒波束成形算法研究

针对静止轨道(Geostationary Earth Orbit, GEO)卫星系统和低轨道(Low Earth Orbit, LEO)卫星系统频率共享时存在的干扰问题,本文基于低轨分布式卫星编队提出了一种鲁棒自适应波束成形算法,从空间域功率隔离角度解决了高低轨卫星通信系统上行链路共用频谱时GEO用户对于LEO卫星共线干扰问题。算法中综合考虑卫星通信系统长传播时延导致的阵列导向矢量存在一定误差,在基于线性约束最小方差(LCMV)准则的自适应波束成形器中设计了考虑系统最恶劣误差情况的鲁棒性约束,并采用泰勒级数逼近法求解波束成形器加权矢量。仿真结果表明本文的鲁棒波束成形算法在卫星通信环境下适应度较高,能够有效地缓解高低轨卫星通信系统频率共享带来的同频干扰问题。