MIMO radar waveform design method via low sidelobe beampattern modification

In the design of the multiple-input multiple-output(MIMO) radar waveform, decreasing transmit beampattern sidelobes could reduce the energy of clutters and false targets from sidelobes and increase the received signal to noise ratio (SNR) so as to improve the angle estimation property. Motivated by this idea, a transmit waveform design method based on low sidelobe beampattern modification is proposed for MIMO radar. First, the transmit waveform cross-correlation matrix can be obtained by the semidefinite relaxation (SDR) technique. Then the essence of our method is to establish an optimization modification model to reduce the beampattern sidelobe by changing the non-diagonal elements of the waveform cross-correlation matrix. Finally, the corresponding transmit beamforming weight matrix is obtained by this modified matrix, and the ESPRIT algorithm is used for the direction of arrival (DOA) estimation. Meanwhile, the feasibility of our method is demonstrated. Simulation results show the superiorities of our method in sidelobe suppression, DOA estimation accuracy and angle resolution.     

多天线无人机通信系统中的安全波束成形方案

针对第6代移动通信系统中多天线无人机通信下行链路传输系统,在有多个合法用户和单个窃听者的场景以及已知窃听者统计信道状态信息的情况下,提出了2种安全波束成形方案：一种是基于迫零算法的波束成形方案,在系统传输总功率受限条件下最大化系统可达安全速率,得到了波束成形权矢量和功率分配因子的闭合解;另一种是基于增强信漏噪比算法的波束成形方案,采用一种分式规划和交替方向乘子法（ADMM）相结合的迭代算法,实现波束成形权矢量和功率分配因子的设计.仿真结果表明,相比较于迫零算法,基于ADMM的增强信漏噪比算法能够有效地提升系统的安全性能.     

基于自适应发送波束成形的STB〖JP9〗C-〖JP〗OFDM系统

提出了一种基于信道特性的自适应发送波束成形空时分组码正交频分复用(STB〖JP9〗C-〖J P〗OFDM)系统方案. 给出了最大接收信噪比条件下最优发射权值的闭式解和性能仿真结果. 该系统能最大限度地利用所有的分集资源并对发射功率进行最优分配. 与传统的STB〖JP9〗C-〖JP〗OFDM系统相比，系统性能有明显的提高，而与系统较复杂的空时格码OFDM系统和TC〖JP9〗M-〖JP〗STB〖JP9〗C-〖JP〗OFDM系统相比，在高信噪比条件下能获得较大信噪比增益. 讨论了存在信道估计偏差时，自适应发送波束成形STB〖JP9〗C-〖JP〗OFDM系统的性能.     

基于N相位的60GHz无线通信波束赋形码本设计方案

提出了一种支持60 GHz毫米波通信波束赋形机制的码本设计方法.为满足低功耗需求,码本设计仅进行相位移动而未作幅度调整,其中码本矩阵采用相位间隔相同、幅度为1的N个复数权值构建.仿真结果证实,与IEEE802.15.3c码本设计相比,高阶相位码本可获得相似的波束主瓣形状,同时波束将具有更低的旁瓣电平和更高的主瓣增益.该码本方案可在多用户环境下显著抑制空间干扰,提高网络累计信道容量,且对相位误差产生的波束偏移同样具有稳健性.     

基于子阵的宽带发射干扰置零方法

为了抑制宽带干扰信号，在发射方向图上形成干扰凹口，提出了一种宽带宽角发射波束形成新方法．该方法首先发射窄带信号，应用超分辨方法估计出目标和干扰的方向并求出窄带权矢量；把窄带权矢量和宽带相位补偿权相结合形成宽带最优权，当发射为宽带线性调频脉冲信号时，能保证发射宽带信号距离高分辨，同时在方向图干扰方向形成较宽零点．     

基于统计信道状态信息的多波束卫星系统安全波束成形设计

由于卫星通信的广域覆盖特性和信道的广播特性,使得通信过程存在被窃听的风险.为增强多窃听场景下多波束卫星通信系统的安全性,在已知统计信道状态信息条件下,本文分别针对总发射功率最小化和安全速率最大化问题,提出了相应的波束成形(beamforming,BF)方案.首先,以安全速率为约束建立总发射功率最小化问题,通过拉格朗日乘...     

MIMO雷达空时编码和接收权联合稳健设计

针对基于多进多出雷达的空时自适应处理方法的检测性能对目标参数估计误差敏感从而导致系统检测概率稳健性较差的问题,提出一种改善多进多出空时自适应检测性能的发射波形和接收权联合稳健设计方法。首先推导了多进多出空时自适应输出信干噪比的数学表达,而后构建了目标空时频导向矢量估计误差模型。在此误差模型、波形恒模特性、旁瓣以及杂波抑制等约束下,基于最大化最差情况下输出信干噪比准则,提出了改善多进多出空时自适应检测性能的发射波形相关阵和接收权联合稳健优化问题。为求解所得复杂非线性优化问题,提出一种迭代方法,其中每一步都可转化为半定规划问题,因而可获得高效求解。仿真结果表明,与现存主要的稳健方法、非稳健方法及不相关波形相比,所提方法可显著改善多进多出空时自适应检测概率的稳健性能。     

基于零陷谱减的GSC二元麦克风小阵列语音增强算法

为了提高广义旁瓣抵消器语音增强算法在二元麦克风小阵列中的噪声抑制能力,提出一种基于零陷谱减二元麦克风小阵列广义旁瓣抵消器的改进语音增强算法.在广义旁瓣抵消器固定波束支路上利用谱减法抑制目标语音零陷方向噪声能量以提高其信噪比,在自适应支路使用基于动态收敛步长的快速分块最小均方自适应滤波器进一步抑制剩余噪声,以降低算法复杂度并提升自适应滤波器的收敛性.实验结果表明,相对于其他二元麦克风小阵列波束形成语音增强算法,该算法可以在任意方向获得较高质量的目标语音.     

Cooperative beamforming algorithms using the assistant information from satellite navigation positioning systems

The application of beamforming in cooperative communication systems can expand the coverage and increase the SNR of the receiver. The conventional beamforming algorithms need full or half knowledge of channel state information(CSI), and get optimal beamforming matrices by complex matrix decomposition algorithms. So, this paper proposes a cooperative beamforming algorithm called the SIA-CBF, based on satellite navigation positioning information, without the CSI. The proposed scheme, with the satellite navigation information assistance, chooses the optimal codebook vector from the fixed codebook as the beamforming matrix. Certainly, the vector should have the maximum correlation with the direction of arrival of signal. Simulation results demonstrate that when the BER is 10^-4, the performance gain is more than 1.5dB, and meanwhile, computational complexity is significantly decreased.     

利用多普勒信息提高自适应波束形成的稳健性

当快拍数较少和存在系统误差时,自适应波束形成性能急剧下降,特别是当输入信噪比较大时,会出现严重的信号相消现象．文中利用时域信息提出一种新的自适应波束形成方法,理论分析表明,该方法为目标多普勒频率已知条件下最大似然估计结果．该方法能有效地克服信号相消现象,并且具有良好的波束保形能力和快速收敛特点,计算机仿真结果验证了这些优点     

毫米波相阵多径信道中的迭代波束成形方法

因毫米波阵列阵元数量较多,在多径信道下波束成形向量算法一般具有较高的复杂度．提出了一种多径信道下基于毫米波相阵的低复杂度迭代波束成形方法．该方法首先在通信中的一端通过级数方法获得适用于毫米波相阵的波束成形向量;然后通过收发双方的相互迭代从而获取另一端的波束成形向量,在相互迭代过程中算法得到收敛．仿真结果表明,该方法能够获得较高的信道容量,从而实现高速率传输,在迭代3次左右后算法得到收敛,减小了链路建立过程中的开销．     

基于小波分析的改进旁瓣相消宽带信号波束形成算法

研究了改进的旁瓣相消算法,该算法利用小波滤波器组阻塞接收信号的期望信号分量进行自适应的波束形成。经过改进算法处理后,阵列信号的协方差矩阵中不包含期望信号分量,从而克服了当存在系统误差时自适应波束形成中期望信号相消的问题,并解决了在实际应用中旁瓣相消波束形成算法GSC波束形成算法需要构造与期望信号的导向矢量完全正交的阻塞矩阵的难点问题,从而达到提高系统稳健性能的目的,仿真结果验证了该算法的性能优于传统的MVDR方法和基于MVDR的对角加载方法。     

均匀直线阵下通用信号模型稳健波束形成算法

针对非相干散射信号源稳健波束形成问题,提出了一种均匀直线阵下通用信号模型稳健波束形成算法．该算法通过引入数据共轭重排理论,利用定义的两个转换矩阵,重新构造信号协方差矩阵,给出了最优权矢量的实值闭式表达式,减少了算法的计算复杂度．仿真分析了期望信号信噪比、指向误差、快拍数及失配约束参数对输出信干噪比的影响．仿真实验表明,通过对接收数据的共轭重排再利用,提高了算法在快拍数有限、存在有用信号失配及其他失配等非理想条件下的输出性能．     

基于用户分簇的物理层增强安全多播算法

物理层安全技术是无线网络技术中一项重要的关键技术。在大量多播用户和窃听用户共存的场景中,针对传统物理层安全技术中在波束赋形下增加人工噪声时不能很好地应用于多播传输的问题,提出了一种基于多播用户分簇策略下的物理层增强安全多播算法。首先,具有相近信道矢量的多播用户被分为同一个多播簇,不同的多播簇分配不同的子载波传输多播数据;其次,基于多播用户分簇策略的结果,提出了通过采用联合功率分配和波束赋形设计算法,最大化整个多播系统的安全多播速率;最后,为了降低算法的计算复杂度,提出了新的搜索算法处理联合功率分配和波束赋形设计算法。仿真结果显示：与传统安全多播算法相比,基于多播用户分簇策略的物理层增强安全多播算法不但能够获得更高的多播安全传输速率,而且其计算复杂度也大大低于采用遍历搜索的传统安全多播算法。     

新一代Wi-Fi的新型感知信息压缩方法

通信设备由于和雷达设备的工作存在重叠,也可以实现目标检测。但是传统的通信协议采用显式反馈传输信息,导致采用通信设备检测无法保留感知信息,因此可以对显式反馈的分解流程进行改进,从而在通信的间隙实现对环境目标的感知。在MIMO系统中,波束成型是发射端利用MIMO信道状态信息生成导向矩阵,从而提升接收端接收性能的一种技术。目前显式反馈波束成型是通信中波束成型的主流方式,接收端会对接收到的信道矩阵进行奇异值分解后转换成一系列角度值传回发射端。虽然采用传统的矩阵分解流程获得反馈矩阵可以有效降低反馈的冗余信息量,但是通常会丢失掉通信设备在感知过程中获得的大部分重要信息,从而导致利用Wi-Fi信号进行目标探测的功能受到限制。研究发现对于接收到的信道矩阵利用传统的分解方式获得的反馈矩阵特征向量无法保留目标的距离,速度信息。本文提出了一种新型的分解方式,基于信道矩阵的协方差矩阵,先求解左奇异矩阵,再利用左右两个酉矩阵正交向量的对应关系,进一步求解从而获得改进的右奇异矩阵,所提改进方法保留了目标的距离、速度以及角度信息,极大地提升了有效反馈信息量。最后通过仿真实验验证了所提方法的有效性。     

发射波束赋形消除感知用户对主用户干扰算法

针对如何完全消除感知用户对主用户的干扰问题,探讨了如何利用发射端的波束赋形消除感知用户对主用户的干扰。给出了感知网络和主用户网络共存的系统模型和一种最佳波束赋形算法。并对这种最佳波束赋形算法进行了性能仿真,仿真结果表明,该算法较迫零波束赋形算法在性能上更有优势。与经典的迫零波束赋形方法比较,该算法既能消除对主用户的干扰,提高了感知用户自身的性能。     

两簇多用户MIMO中继干扰信道干扰中和传输

针对两簇多进多出中继干扰信道,提出一种基于中继波束矩阵设计的干扰中和方案．首先,在中继构造接收波束矩阵将中继接收信号进行信号重构;其次,在中继构造发送波束矩阵消除簇间干扰．分析了所提干扰中和方案的适用条件和系统可达自由度,并将所提方案与连续网络编码方案和时分多址方案进行对比和分析．结果表明,所提的干扰中和方案能够获得更多的自由度．     

Transmit beampattern synthesis and waveform design for 2-D wideband MIMO radar

For matching the desired transmit beampattern of the two dimensional(2-D) wideband MIMO radar system, a new transmit beampattern synthesis and waveform design algorithm is proposed based on the frquency invariant beamforming. In this algorithm, to eliminate any dependency on frequency of the emiting waveform, the 2-D fourier relationship between uniform rectangular array(URA) transmit beampattern and spectrum of emiting waveform is used. Then the cost function of waveform matching frequency response is established, which imposes a constraint on constant modulus. Finally, the alternating matrix fitting method is used to design unimodular sequences. The proposed method effectively mitigates frequency dispersion of the 2-D wideband MIMO radar transmit beampattern. Numerical simulations have proved the validity of this algorithm.     

宽带相控阵雷达发射波束零点形成方法

在发射为线性调频信号的基础上．提出了一种宽带子阵数字发射波束形成新方法．该方法用数字权和时变相位权代替传统宽带子阵延时线方法波束形成中的移相器和时延线．这就避免使用存在量化误差且昂贵的模拟时延单元．此外．子阵内数字权可通过窄带波束零点形成的方法来构造并加宽凹口．最终实现了宽带发射波束零点形成．最后．计算机仿真证明了宽带数字方法能保持发射波形距离高分辨率并且可在干扰方向形成零点．     

非线性约束的自适应波束形成算法

提出基于非线性约束的自适应波束形成算法. 首先修改接收信号协方差矩阵信号子空间中的特征向量,使修改后的协方差矩阵基本不包含期望信号(SOI)成分而只包含干扰信号和噪声. 进而利用线性约束最小均方算法(LCMV)和修改后的波束空间求解方向图的权向量w. 为了提高算法的稳健性,采用非线性约束方法对w进行优化,w的优化解在形式上不同于可变对角加载类算法,且优化解中的待定参数容易准确求出. 新算法的输出信干比 (SINR)对导引向量随机误差具有稳健性, 并对期望信号的功率变化表现出不敏感的特性, 仿真证明了这一点.