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...     

相控参量阵波束合成设计

针对矩形和圆环形换能器阵列,完成了宽带参量阵信号的波束合成仿真与结果比较分析.仿真结果表明,同等阵元个数N=9、相似阵列边界半径rm=49 mm条件下,矩形阵列差频波波束主瓣-3 dB指向角约为6.3°(圆环阵列约为7.4°),旁瓣几乎被完全抑制(圆环阵列约为主瓣峰值的10％),矩形阵列更利于提高主瓣指向性和抑制旁瓣幅度.针对矩形阵列,该文仿真分析了采用阵元信号延时方法实现参量阵信号波束偏转时的各波束特征,仿真结果显示,偏转后波束存在主瓣峰值点幅值削弱、主瓣峰值点未对准预定方向、主瓣宽度增大等问题.分析表明,以上问题可通过增加阵元数目及增大阵列尺寸进行修正.     

基于压缩感知的自适应数字波束形成算法

该文根据目标在空间的稀疏性,提出了接收端的基于压缩感知理论的自适应数字波束形成算法.在阵元稀布的情况下,用压缩感知的压缩采样理论,恢复出缺失通道的回波信息,然后用恢复的信号做数字波束形成.该算法所形成的波束具有波束旁瓣低,指向误差小,干扰方向零陷深,而且没有栅瓣等优点,波束性能接近满阵时候的波束性能,而且使用该方法减少的阵元数远远大于其他稀布阵方法减少的阵元数.采用蒙特卡罗方法对该方法进行了性能评估,给出了不同信噪比、不同干噪比、不同快拍情况下的计算结果,仿真结果也验证了该算法的正确性.     

方向不变恒定束宽波束图数值综合

该文提出了方向不变恒定束宽波束形成算法。该算法在主瓣控制思想的基础上,以某一指向上的波束主瓣为参考主瓣,用平移参考主瓣的方式构造主瓣位置能随波束指向变化的参考波束,旁瓣高度采用自适应方式调整。在整个观察区域内设置若干虚拟干扰源,用迭代方式不断调整干扰源强度,使任意波束指向上的波束主瓣都与相应的参考波束主瓣吻合,最终获取方向不变恒定束宽波束图。仿真实验表明,该算法能够在主波束指向60范围内形成有效的恒定束宽波束。     

基于二次组阵的低旁瓣波束形成方法

为了有效地降低阵列天线在数字波束形成过程中旁瓣水平,提出了一种通过二次组阵实现的低旁瓣自适应波束形成方法。在阵列相互重叠的子阵划分基础上,通过子阵对期望信号及干扰信号进行自适应波束形成,实现对期望信号的增益接收以及对干扰信号的深度抑制。在子阵数字波束形成的基础上,对各个子阵的输出运用二次组阵的方法,对二次组阵的方向图在约束条件下进行波束合成实现对子阵方向图中旁瓣的对消补偿,从而达到降低旁瓣的目的。通过理论分析和实验仿真表明,与常规LCMV方法相比,基于二次组阵的波束形成方法在保证了对干扰信号深度抑制的同时,有效地降低了方向图中的旁瓣水平,提高了系统的抗干扰性能。     

一种改善圆阵波束指向性性能的加权方法

该文在分析圆阵波束指出性的基础上，提出了一种改善圆阵波束指向性性能的对称指数加权方法，利用该方法能较有效地抑制旁瓣，而主瓣的增宽效应并不明显。     

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。     

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。      

基于空间响应偏差约束的最小二乘宽带波束形成

针对常规最小二乘宽带波束形成中存在波束响应不满足频率不变特性和干扰方向零陷无法控制的问题,提出了一种基于空间响应偏差约束的最小二乘宽带波束形成方法。该方法通过对阵列空间响应在指定的宽频段和方位范围内施加约束,来控制阵列波束响应的频率不变特性,同时增加一系列的线性约束,可以实现旁瓣电平和干扰零陷的灵活控制。在全方位约束和仅主瓣方位约束两种情况下,均能有效改善宽带波束的频率不变性能,并能在干扰方向上准确形成深零陷。仿真实验结果验证了该方法的有效性。     

一种有效的子阵级波束扫描旁瓣抑制方法

在子阵级数字波束扫描中,方向图的旁瓣抑制是一个重要问题.分析了子阵级波束扫描的方向图特性.基于正态分布的期望子阵方向图来构造加权网络,得到了旁瓣很低的新子阵方向图,较好地抑制了子阵级波束扫描的方向图旁瓣;与基于理想空域滤波器的期望子阵方向图方法相比,显著改善了旁瓣抑制效果.仿真结果证明了所提出方法的有效性.     

Non-sensitive adaptive beamforming against mutual coupling

The standard Capon beamformer (SCB) is known to suffer from severe performance degradation when there is a mismatch between the presumed signal steering vector and the actual one. There may be several reasons leading to this result such as mutual coupling between array elements. The problem of adaptive beamforming in the presence of mutual coupling is studied based on a uniform linear array (ULA). By setting a group of auxiliary elements on each side of the ULA, the authors prove that the proposed method can inherently compensate the effect caused by the mutual coupling and greatly decrease the sensitivity of the SCB against mutual coupling. This technique can also be applied to most of the existing robust beamforming methods to further improve their performances. Theoretical analysis and simulation results demonstrate the robustness and effectiveness of this technique.     

改进的双约束稳健Capon波束形成算法

传统双约束稳健Capon波束形成算法采用牛顿迭代法求解最优加载量,存在计算精度低且运算量大的问题。该文提出一种改进的双约束稳健Capon波束形成(DCRCB)算法,该算法对信号协方差矩阵进行重构,基于期望信号导向矢量在噪声子空间的投影最优,将重构后的干扰加噪声协方差矩阵投影到噪声子空间,得到基于噪声子空间的双约束算法模型。该算法中通过模约束的辅助约束作用,将改进的双约束算法模型转化为单约束问题,最终解得最优对角加载量的解析表达式。仿真结果表明改进算法能通过调整主瓣宽度优化波束旁瓣,有效提高了抗矢量偏差的鲁棒性,同时降低了运算量。     

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。     

基于无人机集群的近场线性稀疏阵列波束形成研究

无人机集群构成的天线阵列常呈现近场、稀疏特性,经典波束形成理论无法适配。为此,该文首先构建了近场均匀线阵信号模型,通过对信号相位差函数进行泰勒展开近似提出基于线性调频脉冲压缩处理的近场波束形成简化实现方法,并以此为基础在空间-频率2维域内对近场波束形成特性进行了分析:从空间频率偏移和带宽失配的角度,分析得到了近场波束的方位向增益变化特性和距离向增益变化特性;从空间欠采样的角度,研究提出了阵元稀疏分布条件下近场波束栅瓣分布的解析表达式。仿真证明了该文结论的有效性,为利用波束形成技术提高无人机集群的通信、电子侦察、干扰能力提供了理论支撑。     

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。     

基于MUSIC和LCMV的自适应波束形成系统

提出了在基于来波方向估计和自适应波束成形的相控阵天线系统中,用多重信号分类(MUSIC)算法实现来波方向估计,并使用线性约束最小方差(LCMV)的自适应算法控制天线的主瓣方向,实现对期望信号的跟踪,同时实现对干扰信号的零陷处理。仿真结果表明,MUSIC算法可以有效识别相控阵天线接收端的信号的入射方向,LCMV算法可以实现对有用信号的自适应跟踪和对干扰信号的抑制。     

认知频控阵雷达对随队假目标的动态零陷形成研究

电子战环境中,随队支援式假目标可在雷达照射主瓣内做非线性运动,这对基于相控阵体制的雷达实时地将波束零点对准假目标位置造成了困难。针对这一问题,提出一种基于频控阵雷达的动态零陷形成技术,系统通过从环境中提取干扰假目标距离信息,之后结合认知技术利用扩展卡尔曼滤波器获得假目标运动的外推轨迹,并将预测信息通过反馈回传至雷达发射模块,通过频控阵距离维波束形成技术调整发射权矢量使得波束零点指向干扰源预测位置。仿真结果表明:所提方法可以有效地实施对主瓣内运动的欺骗式假目标动态零陷,相比于不基于预测信息的波束形成技术具有显著的性能优势,为频控阵雷达抗主瓣欺骗式干扰提供了技术支持,在阵列信号处理方面具有一定的理论和实际意义。      

来波极化对鱼骨天线阵低频段波束合成的影响研究

为清晰认知短波定向扇形天线阵,改进阵列波束合成方法,提升波束合成系统性能,利用鱼骨天线阵列模型模拟接收实际不同极化的天波信号,分析阵列合成波束的指向、增益随来波极化和阵列单元数的变化规律,得到在高极化角来波信号时,来波极化补相时阵列的合成波束比按主极化补相时指向更稳定且增益最大可提高2 dB.同时利用实测数据对两种补相...