宽带恒定束宽波束形成的主瓣干扰抑制算法

在宽带波束形成技术中,当系统存在主瓣干扰时,通常会导致主瓣畸变、副瓣电平抬高,波束性能严重下降。传统的宽带恒定束宽波束形成算法只能做到主瓣保形,不能有效抑制干扰。因此,提出一种有效抑制主瓣干扰的宽带恒定束宽波束形成算法。该算法构造分频段阻塞矩阵,在数据域实施干扰相消预处理;补偿预处理带来的信号包络误差,在各频段频率中心采用二阶锥规划方法实现宽带波束的恒定束宽设计。该算法在实现期望信号无失真接收的同时,能有效抑制主瓣干扰。应用计算机仿真验证了该算法的有效性。     

基于数据矩阵聚焦的宽带DOA算法

传统的基于相干信号空间聚焦的宽带DOA算法具有良好的空间分辨能力、较低的信噪比门限,但必须通过角度预估计来构造相应的聚焦矩阵。文中提出了一种不需要角度预估的相干宽带DOA算法,直接利用阵列接收数据构造聚焦变换矩阵,避免了预估计角度对聚焦变换的影响,同时降低了算法的运算量。计算机仿真表明该算法是有效的。     

基于协方差矩阵重构的稳健自适应波束形成算法

针对大角度失配和采样协方差矩阵中包含有期望信号时,传统自适应波束形成器性能极剧下降的问题,提出了基于协方差矩阵重构的稳健自适应波束形成算法。该算法将全空域划分成若干互不重叠的区域,分别对应干扰区域和期望信号区域,先利用标准Capon波束形成器及采样协方差矩阵的最小特征值对干扰加噪声协方差矩阵进行重构,再利用MUSIC谱估计法重构出信号协方差矩阵,以其主特征向量估计出期望信号导引向量,最终得到自适应波束形成器的最优权值。仿真实验结果表明,在少快拍和大角度失配情况下算法具有良好的性能。     

基于幅度响应约束的稳健自适应宽带波束形成

针对信号方向失配会导致自适应波束形成算法的性能急剧下降这一问题,提出一种基于幅度响应约束的稳健自适应宽带波束形成方法。通过对阵列波束指向附近范围内的波束幅度响应施加约束来克服对信号方向失配的敏感性,并结合频率不变技术,使阵列波束图在主瓣区域内波束图近似保持频率不变特性,然后采用参考频率上幅度响应约束的优化方法来确定最优权值。仿真结果表明:与基于最差情况性能最优的稳健方法相比,该方法复杂度低,能灵活控制稳健的方位区域宽度和幅度响应抖动值,且不仅能有效地控制波束主瓣区域内信号的畸变,还改善了阵列输出的信干噪比,使其更接近最优值。     

基于无噪协方差矩阵变换的宽带测向算法

宽带测向一直是阵列信号处理领域研究的热点。本文提出了一种基于无噪协方差矩阵变换的宽带测向算法。该算法通过构造变换矩阵，把各个窄带频率处的无噪协方差矩阵变换到聚焦频率处，然后应用子空间的方法得到波达方向估计值。与通常的信号子空间宽带测向算法相比，本文提出的算法不需要对波达方向进行预估计。理论分析证明了本文波达方向估计算法的无偏性。把该算法应用到均匀线阵上，仿真实验结果证明了算法的有效性。     

基于协方差矩阵修正的主瓣干扰抑制优化方法

针对基于阻塞矩阵实现主瓣干扰抑制而导致的波束畸变和探测盲区问题,提出基于协方差矩阵修正的主瓣干扰抑制优化方法。该方法首先通过阻塞矩阵构造协方差修正因子;然后利用修正因子对阻塞矩阵预处理后协方差进行修正,减小协方差矩阵失配;最后采用修正后的协方差实现对主瓣干扰抑制方法优化,减小波束畸变和探测盲区,达到预期的干扰抑制效果和检测效果。数值仿真和数据处理验证表明,该方法通过对阻塞矩阵预处理后协方差矩阵进行修正,优化了基于阻塞矩阵预处理的主瓣干扰抑制方法(干扰阻塞算法),能够对强干扰相邻3°的弱目标实现有效检测,有效降低了干扰阻塞算法形成的"宽凹"或"凸"字形波束对不同方位区间目标检测结果的影响,实现了波束校正,减小了探测盲区。     

基于方向矩阵极分解的宽带信号测向算法

通过对方向矩阵进行极分解构造聚焦矩阵，把各个窄带频率处的信号子空间变换到聚焦频率处的信号子空间。应用R00t—MUSIC算法，无需谱峰搜索，就得到来波方向的估计值。把文中算法应用到均匀线阵上，实验结果证明了算法的高精度、高分辨率性能。     

基于多普勒信息的盲波束形成方法在声呐信号处理中的应用研究

本文针对水声环境和水声信号的特点，提出了一种可用于任意阵形的自适应神经网络盲波束形成方法。该方法在未知基阵响应向量的情况下，利用水声信号多普勒频率信息，估计波束形成的权矢量，采用神经网络的方法实现盲波束形成，从而避免了矩阵的求逆运算，不但减小了运算量而且易于用硬件实现。此外该算法具有收敛速度快、鲁棒性强、估计精度高等优点。通过拖曳阵和体积阵的仿真实验，验证了所提出方法的有效性和正确性。     

近场MVDR聚焦波束形成被动定位方法

该文系统地研究了最小方差信号无畸变响应（MVDR）聚焦波束形成方法的定位性能,特别是对该方法定位性能受某个参数的影响情况进行了较详细的研究。首先分析了近场情况下线列阵接收信号的模型,然后分别推导了常规聚焦波束形成和MVDR聚焦波束形成的定位原理。仿真比较了这两种定位方法的定位性能,以及MVDR聚焦波束形成被动定位方法在不同的阵元间距和不同的目标距离情况下的定位性能。仿真结果表明,与常规聚焦波束形成相比,MVDR近场聚焦波束形成在提高分辨率的同时,减小了＂混叠＂影响,具有更为平滑的背景和更低的旁瓣级,同时认为,为了得到比较好的定位效果,目标应处于相对于＂近场＂的位置,从而为目标精确定位提供依据。     

基于频率恒定变换的宽带信号分离算法

针对已有信号分离算法对电子侦察中的宽带信号阵列接收混合模型不适用的问题,提出了基于频率恒定变换(FIT)的宽带信号分离算法。该算法通过构造频率恒定波束网络对信号进行预处理,将卷积混合问题转换为瞬时混合问题,避免了卷积混合盲源分离和频域盲源分离算法中的计算复杂度;然后针对电子侦察面临的宽带信号相关性强的特点,采用分数阶傅里叶变换,按照信号分量强度依次对混合信号进行参数估计和信号恢复,保证了弱信号分离的可靠性。仿真实验表明,对于时域、频域存在重合的信号,该算法能够实现盲分离,具有良好的鲁棒性。     

一种新的频域自适应波束形成算法

在分析传统自适应波束形成的基础上，提出了一种新的频域自适应波束形成算法。该波束形成算法先对输入信号进行FFT，然后在空间频域上带通滤波，最后.通过LMS(最小均方）算法实现自适应波束形成。FFT变换后信号自相关下降，LMS算法收敛速度提高；空间频域上帯通滤波可以消除带外的干扰信号，实现容易；带通滤波后的信号维数大大下降，LMS算法计算量和存储量大大降低，收敛速度进ー步提高。理论分析和仿真结果表明了该算法收敛速度很快、性能较好，且计算量和存储量较少，易于实时实现。     

一种正交投影自适应波束形成快速算法

正交投影自适应波束形成算法性能优良，但需要进行矩阵特征分解，运算量大．为了减小正交投影自适应波束形成算法的运算量，提出了一种正交投影自适应数字波束形成快速算法．该算法利用阵列协方差矩阵的一个子矩阵得到干扰子空间。无需特征分解，且无需估计整个协方差矩阵，而只需估计该子矩阵，因而易于工程实现．当阵元数相对干扰数较大时，该算法性能与正交投影算法相差不大，但运算量要小得多．理论分析和计算机仿真结果表明。此方法是有效的．     

基于广义旁瓣相消器的快速降秩自适应波束形成算法

传统的基于广义旁瓣相消器(GSC)的降秩自适应波束形成算法,降秩矩阵大多数需要通过特征值分解获得,而特征值分解会带来新的大运算量,大大限制了算法的工程实现。提出了一种新的基于广义旁瓣相消器的快速降秩自适应波束形成算法(FRGSC)。该算法直接利用广义旁瓣相消器下支路的中间快拍数据来构造降秩矩阵,利用所有可以利用的快拍数(多于干扰个数的快拍数)来构造降秩矩阵。基于GSC的传统降秩算法构造降秩矩阵需要的运算量为O((N-1)3)(N为自适应自由度),而FRGSC算法构造降秩矩阵只需要一次复数乘法和少量复数加法,所需运算量大大降低。该方法在实际应用中具有更优的实时性,适用于大阵列连续波体制雷达。仿真结果证明了所提出的基于广义旁瓣相消器的快速降秩自适应波束形成算法具有很好的波束形成性能,验证了算法的有效性。     

非相干噪声减载的空域加窗解卷波束形成

针对传统波束形成器在强干扰和非相干噪声影响下多目标分辨能力以及弱目标检测能力下降问题,提出一种非相干噪声减载的空域加窗解卷波束形成算法。基于快拍数分情况估计噪声减载量,通过求解半定规划问题或特征值估计法分别得到不同快拍数条件下的噪声减载量。利用减载后的协方差矩阵进行空域加窗的波束形成得到空间能量谱,根据空域加窗波束形成器的点扩展函数对空间谱解卷得到空间谱估计。仿真及海试数据处理表明,该算法能够有效抑制强干扰旁瓣泄漏、非相干噪声对期望信号的影响,获得优于传统解卷算法的检测能力。     

基于上采样和高阶Hermite插值滤波器组的超宽带数字波束形成技术研究

直接延时(DTD)补偿是超宽带(UWB)信号波束形成的有效方法,其数字波束形成(DBF)的效果与DTD滤波器的频率特性有直接的关系。在分析现有Lagrange插值滤波器存在问题的基础上,研究了利用多路上采样和高阶Hermite插值滤波器结合实现 UWB信号DTD的方法,以及通过多路延时补偿实现UWB信号DBF的技术。提出了一种结构简单的固定系数插值DTD补偿滤波器组的DBF实现方法。理论分析与仿真结果表明,与Lagrange插值法相比,该方法不仅实时性更好,而且在采样率低于Nyquist率时能更好地恢复原始UWB信号,其UWB信号DBF性能明显优于传统方法。     

Hermite分数时延滤波器在声纳信号源仿真逆波束形成中的应用

针对传统分数时延滤波器的幅频特性与群时延特性在信号高频段性能恶化的现象,提出了基于Hermite插值多项式的时延滤波器来逼近理想非整数延时滤波器的系统函数。搭建Farrow型结构,以解决阵列声纳信号源仿真中信号高频部分衰减失真过大、可变延时等问题。仿真和试验结果表明：Hermite分数时延滤波器的频率响应特性优于同阶传统分数时延滤波器,在整个归一化频带内的均方误差仅为8.18%;在信号波束形成中,Hermite分数时延滤波器高频段衰减较小,使其波束图具有较小的副瓣电平;时延仿真信号与试验实测信号的均方误差保持在0.97%左右,验证了Hermite分数时延滤波器的有效性。     

双线阵的CTA算法研究

在远场目标的假设前提下，研究了双线阵的CTA算法。推导了理想状态下双线阵常规波束形成的方向指向性函数，分析了理想状态下双线阵延时相加和延时相减两种常规波束形成方法左右舷分辨性能。针对传统的双线阵波束形成方法延时相加和延时相减波束形成空间分辨性能差，而传统的高分辨方法一最小方差无畸变响应( MVDR)计算量大、不易在实际系统得到应用的事实，提出双线阵子阵算法，并给出了双线阵CTA算法的表达式和信号处理流程图。理论研究表明：子阵算法尤其是基于延时相加的CTA算法具有计算量小、波束窄、空间分辨性能好而且还有很好的左右舷分辨性能。最后海试数据验证了理论分析结果的正确性。