基于凸优化的频率方向二维恒定束宽波束形成技术

针对传统波束的主瓣宽度会随波束指向和信号频率不同而变化,提出了一种基于凸优化的频率方向二维恒定束宽波束形成算法.该算法先采用非线性约束优化实现参考频点的方向不变恒定束宽,然后针对频带内各子带中心频率在每个指向上采用二阶锥约束,实现频率方向的二维恒定束宽.仿真结果表明,该算法能够在主波束指向±40°范围内有效地形成方向不变恒定束宽,同时在每个主波束指向上得到良好的频率不变恒定束宽波束图.     

基于二阶锥约束的方向不变恒定束宽波束形成

该文提出了基于2阶锥约束(SOCP)的方向不变恒定束宽波束形成算法。本算法的优化准则为在保证各个指向上设计波束的主瓣与相应的参考波束的主瓣之间的均方误差最小的条件下,使设计波束旁瓣级尽量低。该约束优化可转化为标准2阶锥形式,采用优化工具箱SeDuMi实现。仿真计算表明,新算法能够在主波束指向60范围内得到良好的方向不变恒定束宽波束图。     

基于Olen-Compton的恒定响应宽带波束形成算法

针对宽带信号的波束形成问题,利用Olen和Compton的自适应窄带波束优化设计方法的原理,提出了基于Olen-Compton的恒定响应宽带波束形成算法。该算法利用DFT将宽带信号划分为若干窄带信号,通过在各个窄带信号的主瓣和旁瓣同时增加虚拟干扰,来调节窄带波束,使得当前波束与参考波束整体近似相等,达到恒定束宽的目的。计算机仿真实验结果表明,该算法实现了宽带信号的恒定束宽,达到了宽带波束形成的目的。     

最差环境下宽带恒定束宽波束形成

宽带恒定束宽波束形成可实现宽带信号带宽内波束图主瓣宽度恒定,在传统的抽头线延迟阵列中,恒定束宽波束形成可设计为凸优化的方法,该方法可扩展到阵列延迟线阵列宽带波束形成,文中提出一种可用于最差环境中导向向量失配条件下,基于SRV约束的恒定束宽波束形成方法,Matlab仿真实验表明了算法的正确性和有效性。     

二维束宽恒定的二阶锥规划波束形成方法

二阶锥规划作为凸优化理论的一个分支,近些年来已应用于波束形成的研究,但在已有研究中基于均匀线阵的一维波束形成研究得较多,且较少考虑不同指向下的束宽恒定问题。因此,基于矩形平面阵,将二阶锥规划的一维束宽恒定波束形成方法扩展到二维作为主要研究目标,首先采用Dolph-Chebyshev加权方法设计出二维参考波束,再以主瓣逼近和旁瓣最小为约束,引入二阶锥规划方法设计了支持不同俯仰角和方位角指向的二维波束。经仿真分析,所提方法可实现在三维空间中的不同指向下的波束形成,且在俯仰角设定后,在不同方位指向下可实现3 dB束宽较恒定的波束,减少了指向对波束特性的影响,方便于应用。     

基于加权最小二乘的宽带波束形成算法

宽带波束形成技术是阵列信号处理研究的一个重要方向。基阵对信号的响应特性随频率而改变导致通过基阵的宽带信号产生波形畸变。恒定束宽波束形成可以实现在信号带宽内基阵波束图主瓣宽度保持恒定。主要研究基于加权最小二乘的恒定束宽宽带数字波束形成方法及其实现,MATLAB仿真实验表明算法的正确性和有效性。     

改进的宽带阵元延迟线恒定束宽波束形成算法

针对时域宽带恒定束宽波束形成计算复杂度高、硬件实现复杂等问题,提出基于离散空间响应变化(SRV)约束的宽带阵元延迟线(SDL)恒定束宽波束形成算法。该算法首先建立SDL宽带阵列模型,然后分别在有无强干扰的情况下,采用约束优化的方式,在保证期望来向增益趋于单位响应的同时,对期望方向逼近精度、旁瓣增益、主瓣宽度、SRV等进行约束,使得可能的最大旁瓣均值最小,最后将其转化为二阶锥规划问题,并利用内点法进行求解。实验表明,该算法的频率不变性较好,收敛速度较快,计算复杂度较低。      

声矢量阵宽带恒定束宽波束形成技术研究

基于声矢量阵提出了一种宽带恒定束宽波束形成方法,该方法将宽带方位估计中的空间重采样思想应用到恒定束宽波束形成器设计之中,并通过计算机仿真实现了宽频范围内-3 dB主瓣宽度的恒定,这对于进一步研究声矢量阵宽带波束域高分辨方位估计技术是十分重要的。     

基于最小二乘的子带SDL恒定束宽波束形成北大核心CSCD

针对宽带恒定束宽波束形成通常需要大量阵元或延迟线所带来的硬件开销较大的问题,提出一种基于约束最小二乘的子带阵元延迟线(SDL)恒定束宽波束形成器设计方法。该方法首先建立子带SDL模型,利用子带滤波器组将阵元接收信号进行分解与重构,然后,推导了子带SDL模型的阵列响应,最后,结合空间响应变化和约束最小二乘算法进行恒定束宽波束形成。由于将滤波器组的冲击响应直接作为优化参量,可有效降低分解与重构产生的误差,为了衡量阵列响应的波动程度,文中提出归一化波动程度的概念。仿真结果表明,子带波束形成器不仅具有比全带波束形成器更好的主瓣频率不变性,更窄的主瓣宽度以及更低的旁瓣增益,而且可以大大降低硬件开销。     

一种恒定束宽的宽带自适应波束形成算法

宽带波束形成是相控阵雷达数字信号处理的难点。针对目前宽带波束形成只能满足单一恒定束宽或自适应情况,为兼具两种优势使雷达工作状态更佳,文中基于最小二乘算法提出了一种自适应波束形成方法,该方法通过获得自适应参考波束图,确定波束图恒定范围根据最小二乘算法求取其他频点权值,并进行宽带波束形成。该方法不仅能保证恒定束宽,而且可实现自适应零陷控制。仿真实验证明了算法的有效性。     

时域宽带恒定束宽波束形成器的优化设计

为了使用较低阶次的FIR滤波器组实现高精度的时域恒定束宽波束形成器,本文提出了一种优化设计方法。此方法使用了数字延迟线和FIR滤波器组相结合的宽带波束形成器结构。在FIR滤波器组的设计中,使用半定规划的优化方法,使设计波束的主瓣逼近期望波束,同时使用矩阵不等式约束旁瓣高度。在建立最优化问题时考虑了设计频段上的所有频率点,因此可以得到全设计频段上束宽恒定的波束形成器。应用本文的方法,针对8元均匀离散圆弧阵设计时域恒定束宽波束形成器,并与已有方法的设计结果进行了比较,验证了此方法的正确性和有效性。     

稳健的宽带恒定束宽波束形成算法

针对运动目标入射及存在信号波达方向(DOA)估计误差时传统波束形成器性能下降的问题,提出一种稳健的宽带恒定束宽波束形成算法。该算法首先在目标入射角可能存在的范围内选取离散点,设定相应的期望及零陷响应,再结合空间响应变化(SRV)约束,将算法在信号带宽内不同频点的阵列响应约束简化为对某一参考频点的约束,并约束权矢量模值以抑制随机噪声,最后分别利用内点法和拉格朗日乘子法求解最优权矢量,实现稳健的宽带恒定束宽波束形成。实验结果表明该算法可以有效实现对运动目标的空域滤波,具有良好的恒定束宽特性及较高的阵列输出性能。      

基于凸优化的最小旁瓣恒定束宽时域宽带波束形成

 提出了基于凸优化的适用于任意结构基阵的最小旁瓣恒定束宽时域宽带波束形成方法.首先将基阵波束响应表达成一组有限脉冲响应(FIR)滤波器权值的线性函数,然后采用基于恒定束宽限制条件的最小旁瓣优化准则设计FIR滤波器权值.同时对滤波器系数进行范数约束以及对干扰方向设置展宽零陷来提高波束形成器的鲁棒性.将期望波束响应的设计过程与实际波束响应的逼近过程融合在一起进行优化搜索,获得了全局最优解.该波束形成器设计问题被转化成凸优化问题求解,仿真结果验证了所提方法的有效性.     

宽带恒定束宽盲波束形成算法

针对传统盲源分离算法对宽带阵列信号适用性较差的问题,提出一种基于时频分析的宽带恒定束宽盲波束形成算法。该算法首先将接收信号变换到时频域上并提取出单源点。然后,对单源点聚类并求解信号在不同频点上的导向矢量。最后,通过提出一种信号来向未知的空间响应变化约束方法,实现宽带恒定束宽盲波束形成。该算法避免了将宽带盲波束形成转换为卷积混合的盲源分离,因而不存在时域盲源分离算法中系统参数随滤波器阶数急剧增加的问题,也不存在频域算法中排序和幅度模糊的问题。仿真结果表明,算法能够较好地实现宽带信号的盲分离,且输出信干噪比高于时域、频域以及时频域盲源分离算法,实测数据的处理结果验证了该算法的实用性。      

基于认知型盲源分离的雷达主瓣干扰抑制技术研究

主瓣干扰抑制,相对于旁瓣干扰而言,缺少有效的对抗手段。基于认知原理,结合多重信号分类与恒虚警检测,提出了一种基于波束域四阶累积量的特征矩阵近似联合对角化(JADE)盲源分离算法,可以有效抑制主瓣干扰,并给出了不同信噪比条件下目标信号与干扰分离度的效果。该方法可有效实现目标与干扰的分离,具有良好的抗干扰性能。     

MIMO Radar Beamforming Using Orthogonal Decomposition of Correlation Matrix

MIMO radar is the next generation radar which transmits arbitrary waveforms at each one of its apertures. It has been shown that the design of waveforms for MIMO radars in order to synthesize a desired spatial beampattern is mapped into a waveform correlation matrix R design in the narrowband case. As of now, given a desired beampattern or estimated locations information of targets, calculating R has been modeled as an optimization problem like semi-definite programming. Also, in some special cases like rectangular beampattern, closed-form solutions for R has been proposed. In this paper, we introduce a fast algorithm which is capable of designing R in order to achieve more arbitrary beampatterns. Our proposed algorithm is based on eigenvalue decomposition of correlation matrix which employs neither an optimization process nor an iteration one. Furthermore, the proposed algorithm leads to uniform elemental power, low sidelobe level and targets decorrelation which is a great boon, looking from both the hardware and the software perspective. Here, we also introduce a novel algorithm which can work in tandem with the eigenvalue decomposition algorithm and other existing correlation matrix design algorithms to enhance or adapt the designed beampattern.