宽带波束域频率聚焦自适应波束形成算法

针对传统时延控制波束形成器无法适应宽带信号接收的问题,提出一种宽带波束域频率聚焦自适应波束形成算法。首先,通过时延控制方法在空间预设方位形成多个独立波束,利用傅里叶变换将多波束数据变换到频域,针对每个频点构造聚焦矩阵,通过聚焦变换将宽带信号对齐到同一参考频率;然后,估计子带聚焦后的协方差矩阵,并进行特征分解得到信号子空间;最后,利用基于特征子空间(ESB)的波束形成方法得到权矢量,实现自适应波束形成。仿真结果表明,该算法能够实现对宽带信号的自适应接收,具有良好的抗干扰能力和稳健性。     

一种空-频联合最优滤波的被动宽带检测方法

常规宽带能量检测在多目标、强干扰环境下输出信噪比(SNR)降低,检测性能大幅度下降.针对此问题,该文提出一种将子阵导向最小方差(STMV)宽带空域自适应波束形成与频域Eckart滤波结合的空-频联合最优滤波宽带检测方法.该方法首先通过子阵导向最小方差波束形成进行空间自适应处理,利用自适应波束形成的干扰抑制能力在空域实现最优滤波;然后通过最大似然估计实时估计信号和噪声的功率谱,构造Eckart滤波对自适应波束形成的输出分配不同权重进行加权滤波,从而实现频域信噪比最大化.所提方法通过空-频联合最优滤波,降低空域旁瓣干扰和频带内噪声的影响,使得输出信噪比最大,从而有效地改善目标宽带检测能力,提高被动声呐的宽带检测性能.仿真和试验数据处理结果验证了该方法的有效性.     

一种空-频联合最优滤波的被动宽带检测方法

常规宽带能量检测在多目标、强干扰环境下输出信噪比(SNR)降低,检测性能大幅度下降。针对此问题,该文提出一种将子阵导向最小方差(STMV)宽带空域自适应波束形成与频域Eckart滤波结合的空-频联合最优滤波宽带检测方法。该方法首先通过子阵导向最小方差波束形成进行空间自适应处理,利用自适应波束形成的干扰抑制能力在空域实现最优滤波;然后通过最大似然估计实时估计信号和噪声的功率谱,构造Eckart滤波对自适应波束形成的输出分配不同权重进行加权滤波,从而实现频域信噪比最大化。所提方法通过空-频联合最优滤波,降低空域旁瓣干扰和频带内噪声的影响,使得输出信噪比最大,从而有效地改善目标宽带检测能力,提高被动声呐的宽带检测性能。仿真和试验数据处理结果验证了该方法的有效性。     

基于空时二维协方差矩阵修正的波束形成算法

在实际应用环境中,信源和阵列传感器等存在误差,假设期望信号的导向矢量与真实信源导向矢量的失配会导致阵列波束形成器把期望信号当作干扰来加以抑制。针对信号匹配误差导致自适应波束形成性能下降的问题,提出了一种基于空时二维协方差矩阵修正的波束形成算法,利用空时结构对宽带幅相误差校正的特性,对空时二维协方差矩阵进行重构,并对修正协方差矩阵进行特征值分解,分离出信号加干扰子空间,将失配导向矢量投影可使期望信号与噪声子空间严格正交,最后求解算法最优权值。算法有效改善了波束形成的输出信噪比,计算机仿真验证了理论分析的正确性和算法的稳健性。     

一种新的均匀圆阵宽带波束域高分辨测向算法

波束域算法是通过对阵列信号进行波束形成预处理,再进行高分辨测向.本文提出了一种新的均匀圆阵宽带波束域高分辨测向算法,推导出波束域聚焦矩阵的表达式.新方法大大提高了圆阵宽带波束域测向算法的分辨率,估计精度等性能.最后通过计算机仿真,与基于模式空间变换的宽带圆阵波束域算法和宽带圆阵相干信号子空间算法进行了比较,验证了新算法的优良性能.     

一种新的波束形成零陷展宽算法

针对自适应波束形成器在干扰位置出现扰动时的输出性能下降问题,该文提出一种新的零陷展宽算法。该算法基于投影变换与对角加载技术的结合,首先利用投影变换技术对阵列接收数据进行预处理,结合对角加载技术,以此构造出一个新的协方差矩阵替代原来的协方差矩阵,再利用自适应波束形成技术得到零陷展宽后的波束图。仿真结果表明,该方法能有效展宽波束零陷宽度,加深零陷深度,达到抑制位置出现扰动的强干扰信号目的。该算法易于求解,对参数的选取具有较强稳健性,在低快拍条件下,依然能有效地工作,增强了自适应波束形成器稳定性。     

一种低副瓣稳健自适应波束算法

本文提出一种新型低副瓣自适应波束形成算法,解决了传统自适应波束形成器在干扰和高信噪环境下算法性能急剧下降的问题,并降低了快拍数对算法稳健性的影响。该算法基于标准Capon波束形成器,利用消除空域噪声的方法提高期望矢量的重估精度,并结合功率估计算法重构出干扰噪声协方差矩阵;然后使用特征干扰相消算法二次重构噪声协方差矩阵得到最优权值,增强算法在低样拍下的稳定性;最后对最优权值进行切比雪夫加权和二次约束实现了零陷加宽。仿真实验结果表明：新算法计算量小,旁瓣电平低,降低了在干扰运动和导向矢量失配时快拍数和信噪比对性能的影响。     

改进未知互耦信息下矩阵重构算法的波束形成

针对自适应波束形成器在低信噪比下受阵列互耦效应的干预而导致的性能下降问题,研究一种基于改进未知互耦信息下导向矢量失配的矩阵重构算法的波束形成。利用互耦矩阵的特殊性在加入互耦之前给期望信号导向矢量适配一个误差值,通过设置输入信噪比取值条件,调整导向矢量的估计值,进而对重构出来的干扰加噪声协方差矩阵进行二次特征分解,得到最优权矢量。仿真实验表明,算法显著提高了波束形成器应对未知的互耦信息下抗干扰的能力,在低信噪比下体现出更好的稳健性。该算法对方向矢量进行修正并增强了对干扰的抑制能力,显著提高了波束形成器的性能。     

基于子阵近场零陷权的联合波达方向估计方法

针对海底长线阵在近场辐射声干扰及空间水平非均匀噪声下的远距离估计目标波达方向(DoA)问题,该文提出一种基于长线阵分子阵近场零陷权的联合目标方位估计方法.该方法将长线阵分解为多个高重叠子阵,对各个子阵利用零陷抑制技术去除近场强干扰对目标探测的影响,再利用各子阵对远距离目标方位估计结果差异性小、非目标所在频率即噪声对应空间谱最大值随机的特点,空间频率方差加权综合各子阵的目标方位估计结果,从而抑制空间非均匀噪声,实现对远距离目标的探测.仿真结果表明,与长线阵常规波束形成、长线阵近场零陷常规波束形成、长线阵近场零陷传统多重信号分类方法相比,该文方法能够有效降低空间谱背景级60 dB以上,输出信噪比提高15 dB以上,具有较强的提高信噪比能力及较高的空间分辨力,因此具有较好的工程应用价值.     

空间重采样法恒定束宽波束形成器设计

本文视均匀线列阵为连续线阵的均匀离散采样，将宽带方位估计中的空间重采样思想用到恒定束宽波束形成器设计中，并从滤波器设计的观点出发，将阵元权系数等效为空间滤波器的脉冲响应，提出用恢复公式计算不同频率所对应的阵元权系数，从而利用频域波束形成的方法完成恒定束宽波束形成器设计。     

一种加载量迭代搜索的稳健波束形成

当阵列的导向矢量并不精确已知时,自适应波束形成有较大的性能损失.为提高波束形成的稳健性,对角加载成为一种常用的方式.但困扰这类方法的核心问题是合适的加载量如何确定.粗估导向矢量经对角加载后得到修正的导向矢量,如果加载量合适,则修正后的导向矢量接近真实导向矢量,即与噪声子空间的正交性变好.基于以上分析,构造修正导向矢量向信号子空间和噪声子空间投影的加权代价函数来评价加载量的合适与否,进而提出一种迭代搜索合适加载量的方法.计算机仿真验证了方法的有效性,与同类方法对比显示其优越性.     

正交模约束的稳健波束形成算法

Capon波束形成算法在导向矢量存在误差或是在较少快拍数或高信噪比情况下,都会使波束产生严重的畸变。为了提高波束的稳健性,该文提出了一种正交模约束的稳健波束形成算法(OCCB),并通过二次求导得到阵列权值的具体数学表达式。该算法在Capon算法的基础上,增加对阵列权值和噪声子空间的正交模约束,实现了在不影响信号和干扰特征值的同时,完成对噪声特征值的加载,减小噪声特征值的扩散程度。分析了部分对角加载对期望信号、干扰和噪声的影响。该算法在导向矢量存在误差、采样快拍数较少和高信噪比情况下,都可使波束具有更低的旁瓣和更加准确的主瓣指向,同时对干扰能进行较好的抑制,仿真结果证实了方法的有效性。     

一种基于矩阵三对角化分解的DOA估计算法

针对DOA（Direction of Arrival）估计在低信噪比的情况下估计性能下降的问题, 根据阵列协方差矩阵共轭对称的特点,采用基于Givens变换的三对角化分解方法对协方 差矩阵进行三对角化,同时利用盖氏(Gerschgorin)圆递推方法准确估计信号子空间的秩, 然后再对三对角 矩阵进行对角化,估计出噪声子空间,利用噪声子空间与导向矢量正交实现波达方向估计, 改善了低信噪比背景下估计的误差性能和稳健性。计算机仿真证明了算法的有效性 。     

基于子空间的对角加载水平估计

Capon波束形成器通常利用对角加载方法来提高稳健性能。然而,对角加载方法的主要缺陷是不容易可靠地获得对角加载水平,从而影响加载效果。由子空间正交理论,噪声与信号子空间相垂直,因此当加载后的导向矢量与真实导向矢量重合时,加载后的导向矢量与噪声子空间垂直。基于这样的特性建立了一个代价函数。分析表明,这个代价函数为一凸问题,通过凸优化软件求解可以很容易地获得合适的加载水平,且与不确定集的参数值无关。仿真结果表明,利用该文获得的加载水平,Capon波束形成器能够有效地提高其稳健性能。     

一种基于RSS估计的虚假点消除方法

 论文提出了一种基于接收信号强度(Received Signal Strength,RSS)的测向交叉定位方法,解决无源测向交叉定位中的虚假点问题.首先推导了阵列协方差矩阵中接收信号强度与阵列流型之间的关系,利用协方差逆矩阵高阶幂逼近噪声子空间的特点,在已知阵列流型基础上准确获取各来波的信号强度,解决了同一信道多来波的RSS估计问题;然后运用电磁波传播相关理论,根据接收信号强度和传播路径衰减参数的关系判定各定位点的置信度,排除了虚假点.所提算法对存在一定角度估计误差、低信噪比等情况具有很好的鲁棒性,仿真结果验证了该算法的有效性和可行性.     

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。     

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。     

旁瓣电平软约束下干扰功率搜索的波束形成

实际中,期望信号或干扰的先验方向信息往往不能精确已知(即存在阵列流形误差),当信噪比超过一定门限时,线性约束自适应波束形成器对阵列流形误差有高敏感性从而导致输出信干噪比下降。为解决上述问题,该文提出一种旁瓣电平软约束条件下搜索人工干扰功率值的波束形成方法。在粗估干扰来波方向的基础上,约束旁瓣最大峰值起伏在一定范围内,采用子空间投影和加宽干扰零陷区的技术提高波束形成器的鲁棒性,通过粗、精两种模式的搜索获得干扰零陷区的注入功率值估计,具有良好的干扰抑制效果和对阵列流形误差不敏感的特性。计算机仿真验证了方法的有效性和鲁棒性。     

四元数域干扰加噪声协方差矩阵重构鲁棒自适应波束形成

基于电磁矢量传感器阵列的四元数Capon波束形成器较传统的复数域Capon波束形成器有更好的性能。但是该方法在存在指向误差和极化失配的情况下性能急剧下降,甚至会出现信号相消现象。本文将协方差矩阵重构方法推广于四元数Capon波束形成中,通过利用Q-Capon的极化-角度谱估计得到干扰和噪声的功率来对干扰加噪声协方差矩阵进行重构,避免了对角加载方法中对对角加载因子的求解,而且能够有效克服指向误差与极化失配带来的性能下降。计算机仿真表明,该方法相较于其他四元数域的方法有着更好的性能。