基于稀疏重构的共形阵列稳健自适应波束形成算法

针对共形阵列天线自适应波束形成中存在的通用性差、主瓣保形困难、计算复杂度高等问题,该文提出一种基于稀疏重构的稳健自适应波束形成算法。该算法通过引入渐进最小方差准则,实现了干扰加噪声协方差矩阵的稀疏重构,并得到期望方向上的导向矢量估计,进而求得波束形成器的最优权矢量。该算法无需复杂的子阵分解或虚拟映射变换,适用于任意阵列形状。仿真实验验证了该算法不仅保证了期望的主瓣响应,同时对指向误差有较好的稳健性。与现有算法相比,该算法所需采样快拍数少,计算复杂度低,收敛速度快,在较大的输入信噪比范围内达到了较好的阵列输出性能。     

稳健的宽带多径干扰抑制波束形成算法

针对传统宽带多径干扰抑制波束形成算法计算量大、稳健性差的问题,提出一种基于均匀直线阵的稳健宽带多径干扰抑制波束形成算法。当期望信号垂直入射时,该算法首先在波束旁瓣区域引入虚拟干扰源构造能量聚焦矩阵,通过主瓣宽度的迭代处理,整体控制输出波束的旁瓣级,将旁瓣区域能量聚焦到主瓣区域,实现多径干扰条件下的宽带波束形成;然后对期望信号和辅助方位角施加相位响应约束,将其扩展至期望信号非垂直入射和存在指向误差的情况,与传统宽带多径干扰抑制波束形成算法相比,在提高算法稳健性的同时大大降低了计算复杂度;最后仿真分析与实际数据验证表明,该算法能够有效的抑制多径干扰,稳健性较好且具有较高的输出信干噪比。      

基于广义旁瓣对消器的Laguerre宽带波束形成

基于Frost 结构的Laguerre 宽带波束形成器可以获得比FIR 宽带波束形成器和IIR 宽带波束形成器更好的性能,但其需要单极点的最优求解过程,存在计算复杂度较高及收敛速度较慢等问题.该文提出一种基于广义旁瓣对消器(Generalized Sidelobe Canceller, GSC)的Laguerre 滤波器宽带波束形成算法.该算法首先建立基于GSC结构的Laguerre 宽带波束形成器模型,然后利用最小二乘方法给出一种低复杂度的极点求解方法,最后利用归一化最小均方根误差方法实现宽带波束形成.仿真实验及理论分析表明,该方法无需基于Frost 结构的Laguerre 宽带波束形成器单极点最优求解过程,在保证算法较高的输出信干噪比的同时,减少了计算复杂度,提高了收敛速度.      

基于约束型卡尔曼滤波的最大似然无失真波束形成器

自适应波束形成技术可以有效地拾取高质量的语音信号。近期提出的最大似然无失真（Maximum Likelihood Distortionless Response, MLDR）波束形成器不需要盲估计噪声协方差矩阵,具有很好的应用前景。本文提出了一种基于约束型卡尔曼滤波的MLDR波束形成器并给出了其低复杂度实现算法。将MLDR波束形成器设为卡尔曼滤波器的内部状态变量,采用一阶马尔科夫过程对其建模,而卡尔曼滤波器的观测方程则由MLDR波束形成器的代价函数构成。此外,通过对角化近似,进一步地降低了波束形成器的计算复杂度。在CHiME-3数据集上的测试结果表明,所提的对角化近似的波束形成器在计算复杂度更低的情况下取得了和已有在线实现的MLDR波束形成器相近的性能。      

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Laguerre滤波器等价设计的IIR宽带波束形成

常规IIR宽带波束形成器可以获得比FIR宽带波束形成器更好的性能,但其需要多极点的自适应调整过程,存在稳定性无法保证,计算复杂度较高等问题.本文提出一种新的基于IIR滤波器的宽带波束形成算法.该算法基于高阶Laguerre宽带波束形成器,利用双线性变换和函数束方法设计相应的低阶等价IIR宽带波束形成器.仿真实验及理论分析表明,该方法无需常规IIR宽带波束形成器的多极点自适应调整过程,在保证算法稳定性的同时,减少了计算复杂度,并提高了输出信干噪比(SINR).     

基于稀疏最小二乘支持向量回归的非线性自适应波束形成

该文基于最小二乘支持向量回归(LS-SVR)模型提出一种非线性自适应波束形成算法,以提高模型失配、小样本数、复杂多干扰等情况下的自适应波束形成器的鲁棒性。推导了高维矩阵逆矩阵求解的递推快速算法,实现了回归参数的实时求解。采用奇异性准则实时寻找输入样本集的具有较小信息冗余度的子集,并在该子集上完成波束形成计算,使得LS-SVR波束形成的求解得以稀疏化,提高了学习效率,降低了计算复杂度与系统存储空间需求。对比仿真结果验证了所提算法的正确性和有效性。     

基于OPAST算法的特征空间波束形成

投影逼近子空间跟踪(PAST)算法是一种非常稳健和有效的子空间跟踪算法,可以实时地求解特征子空间,但跟踪向量误差较大。正交投影逼近子空间跟踪算法(OPAST)对其进行改进,保证每次迭代时特征向量的正交性,且和PAST算法具有相同的线性复杂度。特征空间波束形成(ESB)算法是一种稳健的波束形成算法,针对其运算过程中特征分解运算量较大的问题,文章提出将OPAST算法应用于特征空间波束形成算法。仿真结果表明文章算法可以实现与特征分解相同的效果,但计算复杂度大大降低。     

一种基于LMS的分块并行数字波束形成算法

针对大阵列数字波束形成天线系统中计算量和数据传输的瓶颈问题,提出一种基于LMS算法的分块并行的算法.对算法的计算复杂度作了分析并给出计算机仿真结果.结果表明,该算法不仅适合分布式DSP硬件并行计算,计算实时性好,而且算法的自由度和最终形成的波束不受分块的影响.     

机载卫星通信天线的步进跟踪应用

机载卫星通信天线采用步进跟踪方法是为了解决单脉冲跟踪天线网络复杂和校相不稳,以及程引时惯导漂移导致天线指向偏差等问题而设计的;机载卫星通信天线步进跟踪方法是在程序引导基础上的步进跟踪,即伺服控制系统根据惯导、星位和飞机经纬度计算天线指向,并叠加步进跟踪以保证天线精确跟踪卫星。由于步进跟踪是时段控制,天线跟踪精度不高,一般能达到1/6半功率波束宽度以上精度。实际使用中,当机载存在惯导较大漂移时天线仍能长时间稳定跟踪卫星,这说明机载卫星通信天线程引基础上的步进跟踪方法可行有效。     

一种改进的低复杂度变步长LMS算法

改进型的变步长LMS算法在有效抑制瞬时噪声对经典的变步长LMS算法影响的同时,也增加了算法的计算复杂度,提高了其硬件实现的难度。为降低变步长LMS算法的计算复杂度,提出了一种步长改变因子与前后两个时刻误差的乘积成正比的新的变步长LMS改进算法,在不增加计算复杂度的条件下,有效地抑制了瞬时噪声对迭代步长的影响。仿真结果表明,提出的算法和现有的变步长LMS算法收敛速度相当,但其稳态误差更小,计算复杂度也更低,有利于算法的硬件实现。     

Beam interference suppression in multi-cell millimeter wave communications

Due to the increase in the number of users, beam switching is used for suppressing interference, which leads to higher computational complexity in multi-cell millimeter wave communications. In order to resolve this problem, a beam interference model is introduced, and a lower complexity beam interference suppression algorithm based on user grouping is proposed. The proposed algorithm operates beam switching and multi-cell cooperative transmission for a part of the users when there exists beam interference due to high user density. In particular, considering the distinct interference suffered by each user, the proposed dual-threshold user grouping method can effectively solve the frequent switching problem at the base station caused by multi-cell cooperative transmission in multi-cell environments. Simulation results show that the proposed algorithm can reduce the computational complexity of beam switching and approach ideal system capacity, compared with conventional interference suppression algorithms that do not involve grouping of users.     

一种适用于大型阵列的递推干扰抑制算法

天线阵列在雷达与卫星通信中有着广泛的应用,它可以通过波束形成来抑制干扰.对于具有较多阵元数的大型阵列,普通的波束形成算法计算量很高.本文给出一种适用于大型阵列的递推干扰抑制算法,它是在波束空间分解最大信干噪比准则下基于干扰矢量进行变维递推处理,所需递推步数为干扰数,且每步递推中数据矩阵的维数很小,因而所需的总计算量较低.阵元数越多该递推算法的计算效率越高.仿真结果表明,该递推算法可以有效实现干扰抑制.     

Simple adaptive algorithm for rejection of interference

A simple algorithm is presented which does not require inversion of the covariance matrix of received signals. Besides computational simplicity, it has the advantage of reducing the sensitivity to beam pointing error.     

基于深度学习的多用户Massive MIMO预编码方法

在下行链路传输场景中,发射机处的功率分配和波束赋形设计至关重要。考虑一个多用户Massive MIMO系统中总功率约束下最大化加权和速率问题,经典的WMMSE算法可以获取次优解,但计算复杂度过高。为了降低计算复杂度,提出了一种基于深度学习的快速波束赋形设计方法,该方法可以离线训练深度神经网络,利用训练后的神经网络求解最优波束赋形解,只需要简单的线性和非线性操作即可完成。实验结果显示,该方法可以逼近WMMSE算法精度的90%以上,同时计算复杂度和时延也大大降低。     

基于Newton迭代算法的低复杂度信号检测算法

为了解决太赫兹通信系统超大规模MIMO检测计算复杂度高、收敛速度慢等问题,提出了基于Newton迭代算法的低复杂度信号检测算法.通过在Newton迭代算法中改进初始矩阵、加入步长因子,降低计算复杂度、提高收敛速度;通过加入调节因子,保证算法的稳定性、可靠性和场景适用性.仿真结果表明,相比传统算法,所提算法具有更低的计算...     

基于透镜天线阵的毫米波系统波束选择研究

透镜天线阵列下毫米波大规模多输入多输出(MIMO)系统通过波束选择可以大大减少所需的射频链数目,解决系统硬件成本和能耗过高的问题,然而,波束选择需要基站端获取准确的信道状态信息.对此,文章首先利用波束空间的结构特性,采用基于支持检测(SD)的信道估计方案,以较低的导频开销和计算复杂度对大尺寸信道进行更加可靠的估计;其次...     

Adaptive array beamforming based on an efficient technique

This paper presents a new processing technique for adaptive array beamforming. We first properly decompose the optimal weight vector associated with the original array beamformer into several adaptive weight subvectors. An adaptive algorithm based on the conventional RLS algorithm is derived to update the weight subvectors. The required computational complexity is also evaluated for the proposed technique. The convergence rate of the proposed technique is mainly affected by the size of the largest weight subvector. Faster convergence speed and less array sensitivity to the pointing errors can be achieved by using the proposed technique. Several simulation results are included for illustration and comparison     

光电探测系统参数与非参数模型运动学标定

为了提高光电探测系统指向精度,提出并对比基于参数模型和非参数模型的运动学标定算法。首先,根据系统组成,全面分析光电探测系统指向误差来源。接着,针对参数模型,运用多体系统理论建立系统指向误差模型,并应用最小二乘法对模型进行标定。然后,针对非参数模型,应用双线性插值算法进行指向误差模型标定。最后,搭建实验平台,获得用于标定和验证的两组实验数据。实验结果表明:经过参数模型标定,指向精度从141.7提高到22.2;经过非参数模型标定,指向精度从141.7提高到27.9。两种方法均能提高光电探测系统指向精度,参数模型标定指向精度略高于非参数模型标定,但是非参数模型运动学标定具有过程简单、计算量小的优势。