基于CVXGEN的实时嵌入式波束形成实验

实时嵌入式自适应波束形成在现代无线通信系统中具有广泛应用,也是"阵列信号处理"课程教学的难点和重点内容.本文以最小方差无失真响应(MVDR)波束形成器等为例,详细介绍了基于凸优化工具箱CVXGEN的实时嵌入式自适应波束形成器设计过程,并分析了其计算时间和波束形成性能.实践表明,将CVXGEN引入到实验教学中,可使实时嵌入式自适应波束形成器的设计过程更加直观和易于理解.     

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ADMM的Farrow结构宽带波束形成器鲁棒设计

针对经典滤波求和结构波束形成方法在目标声源位置变化且存在失配误差的实际场景中不适用的问题提出了Farrow结构波束形成器模型,并通过对白噪声增益进行约束实现了鲁棒设计。为进一步改进Farrow结构宽带波束形成器鲁棒设计规模大、耗时高的不足,提出采用交替方向乘子法进行迭代优化求解。仿真结果表明,所提设计方法能够实现指向实时可调并具备一定的抗干扰能力,相较于使用传统的CVX工具箱求解,该方法可以在保证良好空域滤波效果的同时有效提高运算效率。     

零陷加深的自适应波束形成技术研究

在干扰方向和功率稳定的情况下,传统的自适应数字波束形成器能有效抑制干扰、提高信干噪比,但在干扰功率起伏的环境下,自适应数字波束形成器不能持续可靠地抑制干扰。针对这一问题,给出了一种增强信号中的干扰分量,再进行自适应波束形成的处理方法。该方法能根据需要对自适应数字波束形成器的自适应零点的零深进行调整,提高系统的抗干扰性能。理论分析和仿真实验验证了该方法的可行性。     

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。     

脉冲噪声环境中鲁棒的自适应波束形成方法

本文提出一种脉冲噪声环境中的自适应波束形成方法.方法假定噪声服从对称 α 稳定(S α S:Symmetric α -stable)分布,首先定义分数低阶阵列响应,然后根据最小方差无畸变响应波束形成器(MVDR)提出分数低阶最小方差无畸变响应波束形成器(FrMVDR).理论上证明了当阶数小于噪声特征指数的一半时,分数低阶阵列输出功率有界.计算机仿真实验证明了本文提出的FrMVDR波束形成器在高斯噪声和非高斯脉冲噪声环境中性能都优于MVDR和其他有关的基于分数低阶矩的波束形成器,是一种鲁棒的自适应波束形成器.     

自适应波束形成算法工程应用中的关键技术研究

对自适应波束形成算法工程应用中的一些关键技术进行了讨论。着重讨论了基于广义旁瓣对消结构的自适应波束形成器设计中的关键问题。给出了一种基于广义旁瓣对消结构的自适应波束形成算法应用方案,以及试验结果。     

波束形成：一种广泛适用的空间滤波方法

波束形成器是一种处理器,它通过和传感器阵相连接提供一种通用的空间滤波形式。传感器阵收集传播场中的空间样本,这些样本由波束形成器处理。其目的是在存在噪声和干扰的条件下对来自所需方向上的信号作出估计。波束形成器执行空间角度滤波以分离频率重叠但来自不同空间位置的诸信号。本文从信号处理方面对波束形成器作出概括,其重点放在最近的研究成果上,讨论了数据独立的波束形成,统计最佳波束形成,自适应波束形成,和部分自适应波束形成。     

NLMS算法波束形成性能的研究

通过智能天线中的自适应波束形成技术可自动跟踪有用信号和抑制干扰。文中探讨了自适应波束的形成原理,并运用NLMS自适应算法得出了最优权向量,然后通过仿真分析了天线阵列的结构尺寸、入射信号以及信干比SIR对NLMS算法波束形成器性能的影响。