迭代优化最小化唯相位波束形成

为了增强唯相位波束形成(Phase-Only Beamforming, POB)的干扰和噪声抑制性能,提高非凸POB权值求解的实时性,该文设计了迭代优化最小化(Iterative Majorization Minimization, IMM)唯相位最小方差无失真响应波束形成器(Minimum Variance Distortion-less Response Beamformer, MVDRB)。将无失真响应约束转化成最大化期望方向阵列响应,推导了二次型目标函数的上界,得到IMM-POB优化模型,并进一步推导出每次迭代的闭式最优解。仿真分析表明所设计的IMM-POB：在相同输入信噪比下,可获得高于现有迭代算法和最优MVDRB的信干噪比改善;干扰抑制性能几乎完全逼近最优MVDRB,且具有更优的噪声抑制性;受快拍数影响较小;闭式最优权仅包含单次矩阵和向量乘法,使算法具有较强的实时性,可应用于大规模阵列。     

二维束宽恒定的二阶锥规划波束形成方法

二阶锥规划作为凸优化理论的一个分支,近些年来已应用于波束形成的研究,但在已有研究中基于均匀线阵的一维波束形成研究得较多,且较少考虑不同指向下的束宽恒定问题。因此,基于矩形平面阵,将二阶锥规划的一维束宽恒定波束形成方法扩展到二维作为主要研究目标,首先采用Dolph-Chebyshev加权方法设计出二维参考波束,再以主瓣逼近和旁瓣最小为约束,引入二阶锥规划方法设计了支持不同俯仰角和方位角指向的二维波束。经仿真分析,所提方法可实现在三维空间中的不同指向下的波束形成,且在俯仰角设定后,在不同方位指向下可实现3 dB束宽较恒定的波束,减少了指向对波束特性的影响,方便于应用。     

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.     

一种分解迭代二阶锥规划鲁棒自适应波束形成算法

为有效克服导向矢量大失配误差对自适应波束形成器的影响,该文提出了一种最差性能最优的分解迭代鲁棒自适应波束形成算法。该算法对非凸的幅度响应约束问题进行分解处理,将问题转化为迭代的二阶锥规划问题,从而可对鲁棒响应区的波束宽度和纹波水平进行自由控制,并可得到较高的输出信干噪比。此外,与现有大部分该类鲁棒波束形成方法相比,提出的算法直接对权矢量进行优化,无需使用谱分解算法,避免了阵列结构的限制,可适用于任意阵形。仿真结果验证了算法的正确性和有效性。     

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。     

基于二阶锥规划的阵列波束任意形状旁瓣设计

针对非均匀阵列引起的高旁瓣问题,提出一种基于二阶锥规划的任意形状旁瓣设计算法。算法通过在旁瓣区域附加多个二次不等式约束,从而有效抑制干扰、保持期望方向天线增益的同时,获得了期望的、可以任意控制的旁瓣波束响应。通过将优化模型转化为凸二阶锥规划问题,利用内点法可以得到有效求解。仿真试验表明:该文算法在能够获得任意形状期望旁瓣波束设计的同时,有效提高了波束形成器的输出信干噪比。最后,计算机仿真结果证实了算法的有效性和可行性。     

一种二阶锥规划通带线性相位FIR滤波器的设计

在有限冲激响应（Finite Impulse Response,FIR）滤波器设计中,如果系统只要求通带或某个频域区间具有线性相位而其他频域区间相位非线性,则系数对称的FIR滤波器设计方法不再适用。为此,提出了一种基于二阶锥规划（Second-Order Cone Programming,SOCP）的通带线性相位FIR滤波器设计方法。该方法使用二阶锥规划实现滤波器设计,其中优化目标为通带最小群延迟,约束条件为全频域振幅误差。实验结果显示,所提方法设计的FIR滤波器有着很好的幅频特性和通带线性相位,通带群延迟误差很小。该方法实现简单,计算复杂度低,可以广泛应用于数字信号处理领域。     

基于二阶锥规划的矢量阵波束优化设计及仿真

提出了将二阶锥规划方法应用于矢量阵的波束优化设计。该优化方法在保证波束旁瓣低于期望值的条件下,设计以最小加权均方误差逼近于期望波束响应的波束。将该优化设计方法转换为二阶锥规划形式．通过已有的内点方法求出其数值解。计算机的仿真结果验证了基于矢量阵得到的优化波束具有较好的稳健性．另外由于SOCP在波束优化设计方面具有其本身的优越性,可以通过增加约束表达式兼顾多个性能指标的设计。     

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。     

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。     

一种任意阵的方向图综合方法

该文提出一种新的基于优化理论的方向图综合算法。该方法先利用与相位无关的约束得到期望主瓣,再利用优化方法求解残余权矢量获得期望旁瓣,使残余权矢量对主瓣的影响控制在一定范围内,优化问题可看作是二次锥规划(SOCP)。与传统的对模值和相位均进行约束的综合方法相比,该方法要求综合期望方向图的模值,不仅能够有效地获取期望方向图,而且主瓣控制机制与参考点的选取无关。对多种任意阵的仿真结果证明该方法的有效性和正确性。     

基于粒子群优化的数字波束形成算法

波束形成的加权系数求解是一个优化过程,现有算法大多经过多次迭代,计算量大,实现复杂。为降低波束形成算法复杂度,将粒子群优化原理应用于数字波束形成中,提出了基于粒子群优化的自适应数字波束形成算法。该算法将每一组权值作为一个粒子,将阵列加权和的输出信号与干扰噪声比(SINR)作为适应度函数,通过比较各个粒子的适应度值,进行迭代搜索得到最优解。该算法可使天线阵在主波束对准有用信号,同时能有效抑制两个以上的干扰,且对阵列通道误差有较好的稳健性。计算机仿真验证了算法的有效性。     

基于SOCP的同时数字多波束干扰技术研究

针对现有方法普遍存在的波束形成算法效率低,难以形成多频点、多方向的同时多波束干扰等缺点,本文提出了一种基于二阶锥规划(SOCP)理论的同时数字多波束干扰形成方法.首先,给出了在不同范数准则条件下干扰多波束优化设计问题的数学描述；然后,以L2范数准则为例,将干扰多波束设计问题的解析形式转化为相应的SOCP形式.最后,仿真结果表明该方法可以较好地解决相应约束条件下的多频率、多方向雷达目标同时多波束干扰优化设计问题.     

基于响应矢量优化的共形阵列稳健波束形成方法

针对共形阵列天线自适应波束形成中存在的主瓣保形困难、旁瓣电平高等问题,该文提出基于波束响应矢量优化的自适应波束形成方法。在主瓣波束保形约束条件下,通过自适应地调整波束响应矢量,求得最优的响应矢量,进而求得准最优自适应权。该方法将非凸的二次约束二阶优化问题转化到高维空间进行求解,并通过半正定松弛(SDR)转化为凸优化问题,高效求得准最优解。该方法不仅保持了期望的主瓣响应,同时克服了传统线性约束最小方差(LCMV)自适应波束形成方法旁瓣高的缺点,并且对阵列构型具有稳健性。仿真实验验证了该方法的有效性。     

基于压缩感知的单通道鲁棒自适应波束形成算法

针对在低快拍以及导向矢量存在误差等情况下自适应波束形成鲁棒性下降的问题,该文提出一种基于压缩感知(CS)的单通道鲁棒波束形成算法。首先提出一种新的单通道阵列体制,建立阵列信号压缩感知模型,并验证其感知矩阵满足约束等容(RIP)条件,在此基础上,采用快速的鲁棒平滑L0(RSL0)算法重构信号干扰矩阵,最后以表征阵列鲁棒性的阵列灵敏度作为目标函数,以干扰矩阵作为约束条件,形成有效波束。计算机仿真表明算法只需一个射频通道,即可在低快拍下有效抑制相干、非相干干扰信号,并可避免因通道间不一致造成的鲁棒性问题,验证了算法的有效性和优越性。     

雷达数字波束形成器的研究与实现

介绍了一个自适应数字波束形成器的原理、组成和实现方法，给出了实验结果，验证了一些关键技术，表明数字波束形成(DBF)技术可提高雷达天线性能。     

具有良好宽容性的逆波束形成干扰抑制算法研究

在阵列信号处理中,逆波束形成干扰抑制算法利用干扰的方位信息估计干扰信号从而进行干扰抑制,但在复杂海洋环境中阵列接收的干扰信号往往存在相位随机扰动,此方法估计的干扰信号与实际干扰信号有较大偏差,造成干扰抑制效果不理想。为适应干扰相位的随机扰动,具有良好宽容性的逆波束形成干扰抑制算法充分考虑随机扰动的存在,利用干扰重建矩阵估计干扰信号,此时估计干扰信号更接近实际干扰信号,保证干扰抑制有较好的结果。该文算法充分考虑了复杂海洋环境中干扰信号的相位扰动,可以获得较好的干扰抑制效果,提高了算法的宽容性。理论分析、计算机仿真结果均表明该文算法的有效性。     

基于加权最小二乘的宽带波束形成算法

宽带波束形成技术是阵列信号处理研究的一个重要方向。基阵对信号的响应特性随频率而改变导致通过基阵的宽带信号产生波形畸变。恒定束宽波束形成可以实现在信号带宽内基阵波束图主瓣宽度保持恒定。主要研究基于加权最小二乘的恒定束宽宽带数字波束形成方法及其实现,MATLAB仿真实验表明算法的正确性和有效性。     

一种基于降秩变换的ESB改进算法

提出了一种基于降秩变换的ESB改进算法,该方法首先用降秩变换矩阵对阵列接收数据进行降秩变换,利用干扰子空间和修正的期望信号导向矢量来构造降秩变换矩阵,然后进行波束形成.该算法解决了传统的基于特征空间(ESB)自适应波束形成算法方向图副瓣电平较高的问题,并且解决了当阵列协方差矩阵中不含期望信号或期望信号较小时方向图畸变的问题,从而大大提高了抗干扰能力.仿真结果证明,所提出的基于降秩变换的ESB改进算法具有良好的波束形成性能,验证了算法的有效性.